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前言

   上一章节主要概述了MongoDB的优劣势、应用场景和发展史。这一章节将快速的概述一下MongoDB的基本概念,带领大家快速入门MongoDB这个文档型的NoSQL数据库。

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MongoDB是什么?

MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C++ 语言编写。旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。
MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品,是非关系数据库当中功能最丰富,最像关系数据库的。它支持的数据结构非常松散,是类似Json的Bson格式,因此可以存储比较复杂的数据类型。
MongoDB 最大的特点是它支持的查询语言非常强大,其语法有点类似于面向对象的查询语言,几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能,而且还支持对数据建立索引。并且MongoDB-4.2版本开始已经支持分布式事务功能。

简而言之的话就是:MongoDB是一个文档型的NoSQL数据库,用于构建高并发、高可用和高扩展的互联网应用程序。

MongoDB概念解析

  无论我们学习什么数据库都应该先了解对应数据库的基本概念,在MongoDB中基本的概念是文档、集合、数据库,下面我们挨个介绍。

MongoDB和RDBMS术语概念对比

虽然 MongoDB 与传统的 RDBMS 共享一些相同的术语,但其他一些是 NoSQL 数据库所独有的。为了帮助了解它们的分别,下表将 RDBMS 使用的术语与 MongoDB 使用的术语进行比较:

RDBMS术语/概念 MongoDB术语/概念 解释/说明
database database 数据库
table collection 数据库表/集合
row document 数据记录行/文档
column field 数据字段/域
index index 索引
table joins  嵌入式文档 表连接,MongoDB不支持表连接只支持嵌入式文档
primary key primary key 主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键(默认键 _id 由 MongoDB 提供)

MongoDB文档(Documment)

概述:

文档是一组键值(key-value)对(即 BSON)。MongoDB 的文档不需要设置相同的字段,并且相同的字段不需要相同的数据类型,这与关系型数据库有很大的区别,也是MongoDB非常突出的特点。

  • MongoDB 的文档可以理解为关系型数据库(Mysql)的一行记录
  • MongoDB 将数据记录为 BSON 格式的文档
  • BSON 是 JSON 文档的二进制表示,但它支持的数据类型更加丰富

MongoDB文档由字段和值对组成,并具有以下结构:

{
   field1: value1,
   field2: value2,
   field3: value3,
   ...
   fieldN: valueN
}

MongoDB Bson格式介绍

Bson是一种类Json的一种二进制形式的存储格式,简称Binary Json,它和Json一样,支持内嵌的文档对象和数组对象,但是Bson有Json没有的一些数据类型,如Date和BinData类型。

Bson可以做为网络数据交换的一种存储形式,这个有点类似于Google的Protocol Buffer,但是Bson是一种schema-less的存储形式,它的优点是灵活性高,但它的缺点是空间利用率不是很理想,Bson有三个特点:轻量性、可遍历性、高效性,

{“hello":"world"} 这是一个Bson的例子,其中"hello"是key name,它一般是cstring类型,字节表示是cstring::= (byte*) "/x00" ,其中*表示零个或多个byte字节,/x00表示结束符;后面的"world"是value值,它的类型一般是string,double,array,binarydata等类型。

JSON vs BSON:

       JSON的局限性,比如它只有null、布尔、数字、字符串、数组和对象这几种数据类型,没有日期类型,只有一种数字类型,无法区分浮点数和整数,也没法表示正则表达式或者函数。BSON是一种类JSON的二进制形式的存储格式,Binary JSON,支持内嵌的文档对象和数组对象,如Date和BinData类型,MongoDB使用BSON做为文档数据存储和网络传输格式。

MongoDB数据类型

下表为MongoDB中常用的一些数据类型:

详情介绍:参见BSON Typeshttps://www.docs4dev.com/docs/zh/mongodb/v3.6/reference/reference-bson-types.html

数据类型 描述
String 字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中,UTF-8 编码的字符串才是合法的。
Integer 整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器,可分为 32 位或 64 位。
Boolean 布尔值。用于存储布尔值(真/假)。
Double 双精度浮点值。用于存储浮点值。
Min/Max keys 将一个值与 BSON(二进制的 JSON)元素的最低值和最高值相对比。
Arrays 用于将数组或列表或多个值存储为一个键。
Timestamp 时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。
Object 用于内嵌文档。
Null 用于创建空值。
Symbol 符号。该数据类型基本上等同于字符串类型,但不同的是,它一般用于采用特殊符号类型的语言。
Date 日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间:创建 Date 对象,传入年月日信息。
Object ID 对象 ID。用于创建文档的 ID。
Binary Data 二进制数据。用于存储二进制数据。
Code 代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。
Regular expression 正则表达式类型。用于存储正则表达式。

下面简单介绍一下其中几个比较重要的类型:

ObjectId

       每次插入一条数据系统都会自动插入一个_id键,键值不可以重复,它可以是任何类型的,也可以手动的插入,默认情况下它的数据类型是ObjectId,由于MongoDB在设计之初就是用作分布式数据库,所以使用ObjectId可以避免不同数据库中_id的重复(如果使用自增的方式在分布式系统中就会出现重复的_id的值)。
ObjectId使用12字节的存储空间,每个字节可以存储两个十六进制数字,所以一共可以存储24个十六进制数字组成的字符串,在这24个字符串中,前8位表示时间戳,接下来6位是一个机器码,接下来4位表示进程id,最后6位表示计数器。

601e2b6b aa203c c89f 2d31aa
  ↑      ↑     ↑     ↑
时间戳  机器码 进程id 计数器

String

      BSON 字符串为 UTF-8.通常,在对 BSON 进行序列化和反序列化时,每种编程语言的驱动程序都会从该语言的字符串格式转换为 UTF-8.这样就可以轻松地将大多数国际字符存储在 BSON 字符串中。 [1]此外,MongoDB $regex查询在正则表达式字符串中支持 UTF-8。

Timestamps

       BSON 具有特殊的时间戳类型供内部 MongoDB 使用,并且不与常规Date类型关联。此内部时间戳记类型是 64 位值,其中:

  • 最重要的 32 位是time_t值(自 Unix 时代以来的秒数),最低有效 32 位是在给定的秒内进行操作的ordinal增量。
  • 尽管 BSON 格式为低位字节序,因此首先存储了最低有效位,但是mongod实例在所有平台上始终将time_t值先于ordinal值进行比较,无论字节序如何。在单个mongod实例中,时间戳记值始终是唯一的。
  • 在复制中,oplog有一个ts字段。该字段中的值反映了使用 BSON 时间戳值的操作时间。

Date

      BSON Date 是一个 64 位整数,代表自 Unix 纪元(1970 年 1 月 1 日)以来的毫秒数。这导致可以 traceback 到过去和 Future 约 2.9 亿年的日期范围。

MongoDB索引种类:

  1. _id索引:绝大多数集合默认建立的索引;对于每个插入的数据,mongodb都会自动生成一条唯一的_id字段。
  2. 单键索引:不自动创建,值单一,例如字符串,数字或者日期。
  3. 多键索引:不自动创建,值有多个,如数组,与单键索引创建形式相同,区别在于字段的值。
  4. 复合索引:查询条件不只一个时,需要建立复合索引。
  5. 过期索引TTL:是在一段时间后会过期的索引,索引过期后,相应的数据会删除(不仅仅是索引删除,还有数据);适用场景:在一段时间之后会时效的数据,比如用户的登陆信息、存储的日志;建立方法,db.test.ensureIndex({time:1},{expireAfterSeconds:10})秒数。其限制:存储在过期索引字段的值必须是指定的时间类型(ISODate或者其数据,不能使用时间戳,否则不能被自动删除);指定ISODate数组,则按照最小的时间进行删除;过期索引不能是复合索引;删除时间不精确(MongoDB默认60s执行一个删除过程,删除本身也需要时间)
  6. 全文索引:对字符串与字符串数组创建全文课搜索的索引。
  7. 地理位置索引:将一些点的位置存储在MongoDB中,创建索引后,可以按照位置来查找其他点。

MongoDB GUI可视化工具

  俗话说工欲善其事,必先利其器。选择一款高效的GUI可视化客户端管理工具,对于我们的日常开发效率都有大大的提升。下面推荐几款比较好用的MongoDB GUI可视化管理工具!

Navicat for MongoDB

官网下载地址:http://www.navicat.com.cn/download/navicat-for-mongodb

在 Navicat for MongoDB 使用文档:https://www.navicat.com.cn/company/aboutus/blog/257-working-with-documents-in-navicat-for-mongodb

  老牌的数据库管理工具,支持多种数据库的集成,已集成 MongoDB 类型,属于付费型管理工具。好处是用会了一个 DB 版的 Navicat,所有 DB 版都会很顺手,维持一套操作习惯,如果再肌肉记忆一些快捷键,会更加高效。

Robo 3T (Robomong) 

官网下载地址:https://robomongo.org/

  Robo 3T 前身是 Robomongo,后被 3T 公司收购,是一款免费开源的 GUI 管理工具。支持 MongoDB 4.0+,轻量级 GUI,支持语法填充等等。适用于 Windows,macOS 和 Linux 系统。

Studio 3T

官网下载地址:https://studio3t.com/download/

  超过 100,000 的开发人员和数据库管理员使用 Studio 3T 作为 MongoDB GUI 的首选。Studio 3T 属于收费工具,30 天的免费试用期,Studio 3T 具有更多更强大的功能并提供企业支持服务,支持副本集、独立主机和分片集群连接,支持导入导出,SQL 查询,语法填充,支持 MongoDB 4.0+ 等等。适用于 Windows,macOS 和 Linux。

MongoDB Compass

官网下载地址:https://www.mongodb.com/try/download/compass

官网教程:https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/connection-string/

  MongoDB 亲儿子系列,官方自己推出的 GUI 可视化管理工具,功能有限。免费简洁,不支持 SQL 查询,支持性能监控。适用于 Windows,macOS 和 Linux 系统。

NoSQLBooster for MongoDB

官网下载地址:https://nosqlbooster.com/downloads

  NoSQLBooster for MongoDB(以前叫 MongoBooster)风格有点类似于 EasyUI,支持副本集,独立主机和分片群集连接,提供了全面的服务器监控工具、fluent 查询构建器、SQL 查询、查询代码、任务调度、ESNext 支持和真正的智能感知体验等。提供了付费和免费两种版本。适用于 Windows,macOS 和 Linux 系统。

NoSQL Manager for MongoDB Professional

官网下载地址:https://www.mongodbmanager.com/download

  从 2.2 到 4.4 全面支持 MongoDB 和 MongoDB Enterprise 版本。功能齐全的 MongoDB UI Shell。具有代码自动完成功能,语法突出显示和提示。支持副本集,独立主机和分片群集连接,导入导出,简单查看和管理所有 MongoDB 对象:数据库,集合,视图,索引,用户,角色和功能等等。提供了付费和免费两种版本。

参考文章

MongoDB 概念解析

MongoDB GUI可视化客户端管理工具推荐

 

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