技術貼—Mongodb解析

MySQL 盤點科技中國移動小覓覓 2017-04-14

Mongodb簡介

MongoDB 是一個基於分佈式文件存儲的數據庫。旨在為 WEB 應用提供可擴展的高性能數據存儲解決方案。MongoDB是一個介於關係數據庫和非關係數據庫之間的產品，是非關係數據庫當中功能最豐富，最像關係數據庫的。

MongoDB將數據存儲為一個文檔，數據結構由鍵值(key=>value)對組成。MongoDB 文檔類似於 JSON 對象。字段值可以包含其他文檔，數組及文檔數組。

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Mongodb特點

MongoDB的提供了一個面向文檔存儲，操作起來比較簡單和容易。
可以在MongoDB記錄中設置任何屬性的索引(如：FirstName="Sameer",Address="8Gandhi Road")來實現更快的排序。
可以通過本地或者網絡創建數據鏡像，這使得MongoDB有更強的擴展性。
如果負載的增加（需要更多的存儲空間和更強的處理能力），它可以分佈在計算機網絡中的其他節點上這就是所謂的分片。
Mongo支持豐富的查詢表達式。查詢指令使用JSON形式的標記，可輕易查詢文檔中內嵌的對象及數組。
MongoDb 使用update()命令可以實現替換完成的文檔（數據）或者一些指定的數據字段。
Mongodb中的Map/reduce主要是用來對數據進行批量處理和聚合操作。
Map和Reduce。Map函數調用emit(key,value)遍歷集合中所有的記錄，將key與value傳給Reduce函數進行處理。
Map函數和Reduce函數是使用Javascript編寫的，並可以通過db.runCommand或mapreduce命令來執行MapReduce操作。
GridFS是MongoDB中的一個內置功能，可以用於存放大量小文件。
MongoDB允許在服務端執行腳本，可以用Javascript編寫某個函數，直接在服務端執行，也可以把函數的定義存儲在服務端，下次直接調用即可。
MongoDB支持各種編程語言:RUBY，PYTHON，JAVA，C++，PHP，C#等多種語言。
MongoDB安裝簡單。

Mongodb應用場景

Mongodb現階段已被許多大型網站應用，例如：淘寶，京東，github，ebay等。許多網站並非完全將傳統的關係型數據庫替換為mongodb，而是選擇性的在部分模塊應用。在應用mongodb之前，要根據自身需求以及mongodb的特點、不足進行選擇。目前，mongodb適用於以下一些場景：

網站數據：mongo非常適合實時的插入，更新與查詢，並具備網站實時數據存儲所需的複製及高度伸縮性。
緩存：由於性能很高，mongo也適合作為信息基礎設施的緩存層。在系統重啟之後，由mongo搭建的持久化緩存可以避免下層的數據源過載。
大尺寸、低價值的數據：使用傳統的關係數據庫存儲一些數據時可能會比較貴，在此之前，很多程序員往往會選擇傳統的文件進行存儲。
高伸縮性的場景：mongo非常適合由數十或者數百臺服務器組成的數據庫。用於對象及JSON數據的存儲：mongo的BSON數據格式非常適合文檔格式化的存儲及查詢。

Mongodb優缺點

Mongodb相對關係型數據庫有如下優點：

高可擴展性
分佈式計算
低成本
架構的靈活性，半結構化數據
沒有複雜的關係

在滿足以上優點的同時，卻沒有關係型數據庫那樣嚴格的事物支持，通常情況下，mongodb這一缺點阻礙了人們對其的選擇。對於習慣利用關係型數據庫的開發人員來說，mongodb沒有關聯查詢，這也是在做數據庫選型時會考慮到的。

在非關係型數據庫中，mongdb擁有相對突出的優勢，mongodb之所以是介於關係型數據庫和非關係型數據庫的產品，在於它提供了非常豐富的功能，例如MySQL中常用的數據增刪改查，索引，聚合查詢，分頁這些功能，mongodb都提供了相應的能力，與hbase列存儲相比，方便了數據的可操作性。

Mongodb適用項目

針對開發者在進行項目數據庫選型時，根據mongodb的特點，優勢，缺點綜合考慮其適合性。例如在項目中進行的事務性操作比較多，那麼mongodb就不是合適的選擇。考慮到mongodb的數據存儲結構比較靈活，並非固定結構，即擴展性高，那麼在項目中經常出現需要擴展數據字段的情況，則可以選擇mongodb。當然，項目中也可以利用不同的數據庫，根據數據的性質選擇存儲的位置。

Mongodb概念

以下通過與MySQL對比介紹mongodb基本的術語：

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通過下圖實例，我們也可以更直觀的的瞭解Mongo中的一些概念：

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在mongodb中不存在表關聯這一概念，但可以利用文檔的內嵌達到數據的直接關聯。

數據庫

一個mongodb中可以建立多個數據庫。 MongoDB的默認數據庫為"db"，該數據庫存儲在data目錄中。 MongoDB的單個實例可以容納多個獨立的數據庫，每一個都有自己的集合和權限，不同的數據庫也放置在不同的文件中。

集合

集合就是MongoDB文檔組，類似於RDBMS（關係數據庫管理系統：RelationalDatabase Management System)中的表格。集合存在於數據庫中，集合沒有固定的結構，這意味著你在對集合可以插入不同格式和類型的數據，但通常情況下我們插入集合的數據都會有一定的關聯性。

文檔

文檔是一組鍵值(key-value)對(即BSON)。MongoDB的文檔不需要設置相同的字段，並且相同的字段不需要相同的數據類型，這與關係型數據庫有很大的區別，也是 MongoDB 非常突出的特點。

MongoDB 數據類型

下表為MongoDB中常用的幾種數據類型。

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Mongodb通用指令

Mongodb的Linux安裝比較簡單，在安裝完mongodb後，正常啟動的情況下，進入應用的/bin目錄下，執行命令./mongo便進入mongodb的後臺管理shell，第一次進入shell時是默認選擇test庫。可通過exit或quit(),或trl+C退出shell。

Mongodb中常用的shell指令

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以上簡單介紹指令的用法，詳細說明可參考官方文檔：https://docs.mongodb.com/manual/mongo/

在mongodb中創建索引時需要注意的事項：

索引佔據存儲空間，存儲在內存中，不能超過內存的限制，如果超過會自動刪除索引，影響性能。
集合中索引不能超過64個
索引名的長度不能超過125個字符
一個複合索引最多可以有31個字段

MongoDB GridFS

GridFS是MongoDB中的一個內置功能，可以用於存放大量小文件，以下簡單介紹gridFS的用途特點：

GridFS 用於存儲和恢復那些超過16M（BSON文件限制）的文件(如：圖片、音頻、視頻等)。
GridFS 也是文件存儲的一種方式，但是它是存儲在MonoDB的集合中。
GridFS 可以更好的存儲大於16M的文件。
GridFS會將大文件對象分割成多個小的chunk(文件片段),一般為256k/個,每個chunk將作為MongoDB的一個文檔(document)被存儲在chunks集合中。
GridFS 用兩個集合來存儲一個文件：fs.files與fs.chunks。
每個文件的實際內容被存在chunks(二進制數據)中,和文件有關的meta數據(filename,content_type,還有用戶自定義的屬性)將會被存在files集合中。

fs.files 集合文檔舉例：

{

"filename": "test.txt",

"chunkSize": NumberInt(261120),

"uploadDate": ISODate("2014-04-13T11:32:33.557Z"),

"md5": "7b762939321e146569b07f72c62cca4f",

"length": NumberInt(646)

}

fs.chunks 集合文檔舉例：

{

"files_id": ObjectId("534a75d19f54bfec8a2fe44b"),

"n": NumberInt(0),