MongoDB 数据模型

MongoDB数据库介绍

• 特点

  • 面向集合存储
  • 丰富的查询语句
  • 复制集机制
  • 支持文件存储
  • 模式自由
  • 多级索引
  • 易水平扩展
  • 跨平台、支持语言众多
  • 可插入式存储引擎(3.0)

• 适用场景

  • 数据缓存
  • JSON格式的数据
  • 局伸如性场景
  • 弱事务类型业务

  MongoDB更多适合于大数据量、高并发、弱事务的互联网应用，其内置的水平扩展 机制提供了从几百万到十亿级别的数据处理能力，可以很好的满足Web2.0和移动互联网应 用的数据存储要求。

MongoDB的相关网站

官方文档：https://docs.mongodb.com/tutorials/

中文网站：http://www.mongoing.com/

谷歌Group:https://groups.google.com/forum/

MongoDB概念解析

通过下图实例，可以更直观的的了解Mongo中的一些概念：

数据库

多个文档组成集合，而多个集合组成了数据库。一个MongoDB实例可以 承载多个数据库，每个数据库都有独立的权限，在磁盘上，不同的数据库也 可放置在不同的文件夹中（启动时加directoryperdb选项）。

为了更好的组织数据，一般情况下，会把属于同一个应用程序(或同一种 业务类型)的所有数据放到一个数据库中。

show dbs 命令可以显示所有数据的列表。

? at [09/10/17][0:21:00] 
? ?  mongo
MongoDB shell version: 3.2.11
connecting to: test
> exit
bye
? at [09/10/17][0:21:04] 
? ?  mongo
MongoDB shell version: 3.2.11
connecting to: test
> show dbs
local  0.000GB

执行 "db" 命令可以显示当前数据库对象或集合。

> db
test

运行use db_name命令，切换数据库，没有数据库时自动创建

> use local
switched to db local
> db
local
> 

以上实例命令中，local 是你要链接的数据库。

在下一个章节我们将详细讲解MongoDB中命令的使用。

数据库也通过名字来标识。数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。

• 不能是空字符串（"")。
• 不得含有‘ ‘（空格)、.、$、/、\和\0 (空字符)。
• 数据库名字区分大小写（建议数据库名全部使用小写）
• 最多64字节。
• 不要与系统保留的数据库名字相同，这些数据库包括：admin、local、 config等

有一些数据库名是保留的，可以直接访问这些有特殊作用的数据库。

• admin： 从权限的角度来看，这是"root"数据库。要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。
• local: 这个数据永远不会被复制，可以用来存储限于本地单台服务器的任意集合
• config: 当Mongo用于分片设置时，config数据库在内部使用，用于保存分片的相关信息。

相关操作

文档

文档是MongoDB最核心的概念，本质上是一种类JSON的BSON格式的数据。
BSON是一种类JSON的二进制格式数据，它可以理解为在JSON基础上添加了 _些新的数据类型，包括曰期、int32、int64等。
BSON是由一组组键值对组成，它具有轻量性、可遍 历性和高效性三个特征。可遍历性是MongoDB将BSON 作为数据存储的主要原因。
BSON官网地址：http://bsonspec.org/

{
    fieldl:valuel，
    field2:value2,
    field3:value3,
    ...
    fieldN:valuen
}

下表列出了 RDBMS 与 MongoDB 对应的术语：

需要注意的是：

1. 文档中的键/值对是有序的。MongoDB会尽量保持文档被插入时键值对的顺序
2. 文档中的值不仅可以是在双引号里面的字符串，还可以是其他几种数据类型（甚至可以是整个嵌入的文档)。
3. MongoDB区分类型和大小写。
4. MongoDB的文档不能有重复的键。
5. 文档的键是字符串。除了少数例外情况，键可以使用任意UTF-8字符。
6. MongoDB中写操作的原子性限制在文档级别，对文档的保存、修改、删除 等都是原子操作
7. 单个文档占用的存储空间不能超过16MB

关于文档键的命名需要注意以下几点：

• _id是系统保留的关键字，它是默认的主键，该值在集合中必须唯一，且不可更改
• .(命名空间)和$(操作符)有特别的意义，只有在特定环境下才能使用。
• 以下划线"_"开头的键是保留的(不是严格要求的)。
• 键不能包含\0或空字符，这个字符用于表示键的结尾
• 键是区分大小写的且不能重复例如：{foo:l，Foo:l}

内嵌文档

文档可以作为键的值，这样的文档称为内嵌文档。内嵌文档可以使数据不用保存成扁平结构的键值对，从而使数据组织方式更加自然。

例如：下面是一个与博客管理有关的文档

{
    _id: <Objectldl>， 
    title: MongoDBDateModeln， 
    author: foo， 
    comments：[
    {who:"John"，comment:"Good"}， 
    {who:"Joe",comment:"ExceUent"}
    ]
}

上面的文档可以进行如下的拆分:

即拆分成引用文档.

内嵌文档特点

• 子文档比较少时,可以保证原子性,同时具备高速查询;
• 子文档比较多时,会影响查询和更新速度,同时也带来数据冗余

集合

把一组相关的文档放到一起组成了集合，如果将MongoDB的一个文档比喻 为关系型数据库中的一行，那么一个集合就相当于一张表。

MongoDB的集合是模式自由的，一个集合里面的文档可以是各式各样。

例如：下面的两个文档可以出现了同一个集合中。

{"x":1}
{"x":1,"y":2}
{"x":1,"y":2,"z":5}

当第一个文档插入时，集合就会被创建。

MongoDB提供了一些特殊功能的集合，例如：cappedcollection、 system.indexes、system.namespaces 等。

合法的集合名

• 集合名不能是空字符串""。
• 集合名不能含有\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾。
• 集合名不能以system.开头，这是为系统集合保留的前缀。
• 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$（注：可包含.）　

如下实例：

db.col.findOne()

capped collections

Capped collections 就是固定大小的collection。

它有很高的性能以及队列过期的特性(过期按照插入的顺序). 有点和 "RRD" 概念类似。

Capped collections是高性能自动的维护对象的插入顺序。它非常适合类似记录日志的功能 和标准的collection不同，你必须要显式的创建一个capped collection， 指定一个collection的大小，单位是字节。collection的数据存储空间值提前分配的。

要注意的是指定的存储大小包含了数据库的头信息。

db.createCollection("mycoll", {capped:true, size:100000})

• 在capped collection中，你能添加新的对象。
• 能进行更新，然而，对象不会增加存储空间。如果增加，更新就会失败 。
• 数据库不允许进行删除。使用drop()方法删除collection所有的行。
• 注意: 删除之后，你必须显式的重新创建这个collection。
• 在32bit机器中，capped collection最大存储为1e9( 1X109)个字节。

命名空间

把数据库名添加到集合名字前面，中间用点号连接，得到集合的完全限定 名，就是命名空间，例如：命名空间parent.sub。

需要说明的是，点号还可以出现在集合名字中，例如：parent.subling0,parent.subling2可以将subling0和subling2集合看作是parent集合的子集合。
使用子集合可以使我们更好的组织数据，使数据的结构更加清晰明了。

元数据

数据库的信息是存储在集合中。它们使用了系统的命名空间：

dbname.system.*

在MongoDB数据库中名字空间<dbname>.system.*是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)，如下:

对于修改系统集合中的对象有如下限制。

在{{system.indexes}}插入数据，可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)。

{{system.users}}是可修改的。 {{system.profile}}是可删除的。

MongoDB 数据类型

BSON可以理解为在JSON基础上添加了一些新的数据类型，包括Date，正贝IJ 表达式，对数值类型的更进一步划分等。

可以使用类型编号进行条件查询如下:

db.collection.find({name:{$type:2}})

基本数据类型

• null 表示空值或不存在的字段例如：db.collection.find({nyn:null})

  • 布尔有两个值true或false 例如：{"y":true}

• 数值类型支持32-int、64-int以及64-double

  注：JavaScript只支持64位浮点数

  例如：

  • {"y":10} - double
  • {"y":Numberlnt(10)} - 32
  • {"y":NumberLong(10)} - 64

  7 Documents:0 > db.demo.insert({y:10})
  WriteResult({ "nInserted" : 1 })
  8 Documents:1 > db.demo.find({y:{$type:1}})
  { "_id" : ObjectId("5a7863305640374fb2cd5620"), "y" : 10 }
  9 Documents:1 > db.demo.insert({y:NumberInt(10)})
  WriteResult({ "nInserted" : 1 })
  10 Documents:2 > db.demo.find({y:{$type:16}})
  { "_id" : ObjectId("5a78636d5640374fb2cd5621"), "y" : 10 }
  11 Documents:2 > db.demo.insert({y:NumberLong(10)})
  WriteResult({ "nInserted" : 1 })
  12 Documents:3 > db.demo.find({y:{$type:18}})
  { "_id" : ObjectId("5a7863915640374fb2cd5622"), "y" : NumberLong(10) }

  • 字符串使用UTF-8对字符串进行编码例如：{"y":"HelloMongoDB"}

• 二进制数据可以保存由任意字节组成的字符串，例如：图片、视频等

• 正则表达式：主要用于查询，使用正则表达式作为限定条件

  例如：

  • {name:/foo/} name字段含有foo的文档
  • {name:/foo/i} name字段含有foo的文档，且不区分大小写
  • {name:/^foo/i} name字段以foo幵头，且不区分大小写

• JavaScript代码：文档中可以包含任意的JavaScript代码

  例如：{"func":function(){}}

Date日期

• MongoDB中，日期类型是一个64位的整数，它代表的是距Unixepoch的毫秒数
• MongoDB在存储时间时，先转化为UTC时间
• 北京时间(CST) = UTC + 8个小时
• MongoDBShell中可以使用newDate或ISODate来创建时间对象，在进行显示时，Shell会根据本地时间去设置显示日期对象

14 Documents:3 > var mydate0 = new Date()
15 Documents:3 > var mydate9 = ISODate()
16 Documents:3 > mydate0
ISODate("2018-02-05T14:04:43.243Z")
17 Documents:3 > mydate9
ISODate("2018-02-05T14:04:57.715Z")
18 Documents:3 > mydate9.toString()
Mon Feb 05 2018 22:04:57 GMT+0800 (CST)

Timestamp

• 时间戳类型有两部分组成：

• Timestmp只供MongoDB数据库服务内部使用，用于记录操作的详细时间
• Timestamp类型和Date类型是没有关系的，对于我们来说使用更多的Date类型
• 相关函数：Timestamp()

Objectld

Objectld由24个十六进制字符构成，每个字节存储两位十六进制数字，总共需 12字节存储空间

每个字节代表的含义如下:

这种方式生成的Objectld在分布式仍然是唯一的.

相关函数：

• Objectld()

  用于取得Objectld

• getTimestamp()

  用于取得Objectld的时间戳

• valueOf()

  用于取得Objectld的字符串表示

19 Documents:3 > x = ObjectId()
ObjectId("5a7866e75640374fb2cd5623")
20 Documents:3 > x.getTimestamp()
ISODate("2018-02-05T14:15:03Z")
21 Documents:3 > x.valueOf()
5a7866e75640374fb2cd5623

数组

• 数组是使用方括号来表示的一组值，它既可以作为有序对象（列表、栈、队 歹|J)，也能作为无序对象（如集合）来操作

• 数组中可以包含不同数据类型的元素（字符串、浮点数、文档等）

  例如：[3.14，"hello"，[l2,3]，{"key":"MongoDB"}]

  针对数组MongoDB提供了许多特定的操作符，例如：$push，$pop， $pull，$slice，$addToSet等

• MongoDB可自动的为数组元素建立Multikey索引