MongoDB 快速入门

MongoDB 概述

MongoDB 是一个开源的 NoSQL 数据库，它基于文档存储，提供了高性能、高可扩展性、易用性等特性。MongoDB 使用 BSON（Binary JSON）格式存储数据，适合存储复杂的、非结构化的数据。本文将介绍 MongoDB 的基础概念、安装、常用命令及如何在实际应用中使用。

MongoDB 是一个基于文档的 NoSQL 数据库，采用 BSON 格式存储数据。它为开发人员提供了高效的读写能力，并且具有横向扩展的能力。MongoDB 支持灵活的数据模型，可以存储 JSON 风格的文档。

主要特点：

• 文档型存储：MongoDB 存储数据的单元是文档，类似 JSON 格式，易于存储复杂的数据结构。
• 高性能：MongoDB 支持高并发读写操作，适合大数据量的应用场景。
• 可扩展性：MongoDB 支持水平扩展（Sharding），可以分布式部署，适应大规模数据存储。
• 灵活的数据模式：可以在同一个集合中存储不同结构的文档。

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MongoDB 安装

好的，下面我将针对 Windows 和 macOS 系统，详细说明如何安装 MongoDB。我们将分为两部分进行讲解：Windows 安装 MongoDB 和 macOS 安装 MongoDB。

Windows

下载 MongoDB

1. 访问 MongoDB 官方下载页面：MongoDB 下载页面。
2. 选择操作系统为 Windows，然后选择合适的 MongoDB 版本（通常选择最新版本），并选择 MSI 安装包格式。
3. 点击 Download 按钮下载安装包。

安装 MongoDB

1. 下载完成后，运行下载的 .msi 安装包，启动安装向导。
2. 在安装向导中，选择 “Complete” 安装类型（这是默认选项，推荐选择）。
3. 在 “Service Configuration” 步骤，确保选中 Install MongoDB as a Service（将 MongoDB 作为服务安装），并且选中 Run service as Network Service user。
4. 完成安装。

配置环境变量

1. 安装完成后，需要将 MongoDB 的可执行文件路径添加到 系统的环境变量 中，这样可以在任何地方通过命令行启动 MongoDB。

2. 打开 文件资源管理器，进入 MongoDB 的安装目录（默认安装路径为 C:\Program Files\MongoDB\Server\<version>\bin，例如 C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\bin）。

3. 复制该目录路径。

4. 打开 环境变量设置：

   • 右键点击“此电脑”或“我的电脑”，选择 “属性”。
   • 点击 “高级系统设置”，然后点击 “环境变量”。
   • 在 系统变量 区域，找到并选择 Path，点击 编辑。
   • 在编辑窗口中，点击 新建，粘贴刚才复制的路径。

启动 MongoDB

1. 打开 命令提示符（或 PowerShell）。
2. 运行以下命令以启动 MongoDB 服务：

   net start MongoDB

3. 然后你可以在 命令行 中输入 mongo 命令进入 MongoDB shell 进行交互式操作。

验证安装

在命令行中输入 mongo，你应该会看到 MongoDB 的 shell 环境，显示类似如下的内容：

MongoDB shell version v6.0.4
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017

至此，MongoDB 已经成功安装并启动。

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macOS

安装 Homebrew

首先，确保你已经安装了 Homebrew，它是 macOS 上一个非常流行的包管理器。

如果没有安装 Homebrew，可以在 终端 中运行以下命令进行安装：

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

安装完成后，可以运行以下命令确认 Homebrew 是否安装成功：

brew --version

安装 MongoDB

1. 使用 Homebrew 安装 MongoDB。打开 终端，运行以下命令：

brew tap mongodb/brew
brew install mongodb-community@6.0

这将从 MongoDB 官方的 Homebrew tap 中安装 MongoDB。

启动 MongoDB

安装完成后，可以通过以下命令启动 MongoDB 服务：

brew services start mongodb/brew/mongodb-community

这会在后台启动 MongoDB 服务。

停止 MongoDB 服务

如果你需要停止 MongoDB 服务，可以运行以下命令：

brew services stop mongodb/brew/mongodb-community

验证安装

1. 打开 终端，运行以下命令启动 MongoDB shell：

mongo

2. 如果 MongoDB 启动成功，你会看到类似以下内容：

MongoDB shell version v6.0.4
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017

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常见问题与排查

MongoDB 服务未启动

• 在 Windows 上，如果 MongoDB 未作为服务启动，可以尝试手动启动 MongoDB 服务。运行命令：

  net start MongoDB

• 在 macOS 上，如果服务未启动，可以尝试使用以下命令手动启动：

  brew services start mongodb/brew/mongodb-community

连接失败

• 确认 MongoDB 服务是否正在运行，可以通过以下命令检查：
  • Windows:

    netstat -ano | findstr 27017

  • macOS:

    ps aux | grep mongod

如果服务未启动，可以尝试重启 MongoDB 服务。

MongoDB 配置文件

• Windows 和 macOS 都有默认的 MongoDB 配置文件，通常位于：
  • Windows：C:\Program Files\MongoDB\Server\<version>\bin\mongod.cfg
  • macOS：/usr/local/etc/mongod.conf

你可以根据需要修改配置文件，例如修改数据存储路径、日志路径等。

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总结

• Windows 安装 MongoDB 需要使用 MSI 安装包，然后配置环境变量和启动 MongoDB 服务。
• macOS 安装 MongoDB 最方便的方法是通过 Homebrew 安装，然后通过命令管理 MongoDB 服务。

基本概念

数据库（Database）

数据库是 MongoDB 中的顶级数据结构。每个数据库包含若干集合（Collection）。MongoDB 默认有一个名为 test 的数据库。

集合（Collection）

集合类似于关系型数据库中的表。集合由多个文档组成。一个集合中的文档可以拥有不同的字段。

文档（Document）

文档是 MongoDB 存储数据的基本单位。它类似于 JSON 格式，使用键值对的方式存储数据。每个文档有一个 _id 字段，作为唯一标识符。

{
  "_id": ObjectId("507f1f77bcf86cd799439011"),
  "name": "John Doe",
  "age": 30,
  "email": "johndoe@example.com"
}

BSON

BSON（Binary JSON）是 MongoDB 使用的一种数据格式，类似 JSON，但支持更多的数据类型，如二进制数据、日期等。

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MongoDB 数据库操作

创建和切换数据库

• 切换到数据库（如果数据库不存在，则会创建）：

  use myDatabase

显示所有数据库

show dbs

删除数据库

db.dropDatabase()

查看当前数据库

db

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MongoDB 查询操作

插入文档

插入单个文档：

db.users.insertOne({
  name: "Alice",
  age: 28,
  email: "alice@example.com"
})

插入多个文档：

db.users.insertMany([
  { name: "Bob", age: 35, email: "bob@example.com" },
  { name: "Charlie", age: 40, email: "charlie@example.com" }
])

查询文档

查询所有文档：

db.users.find()

查询符合条件的文档：

db.users.find({ age: { $gt: 30 } })

查询并限制返回的字段：

db.users.find({ age: { $gt: 30 } }, { name: 1, email: 1 })

查询一个文档：

db.users.findOne({ name: "Alice" })

更新文档

更新单个文档：

db.users.updateOne(
  { name: "Alice" }, // 查询条件
  { $set: { age: 29 } } // 更新操作
)

更新多个文档：

db.users.updateMany(
  { age: { $gt: 30 } }, // 查询条件
  { $set: { status: "senior" } } // 更新操作
)

替换文档：

db.users.replaceOne(
  { name: "Bob" },
  { name: "Bob", age: 36, email: "bob_new@example.com" }
)

删除文档

删除单个文档：

db.users.deleteOne({ name: "Alice" })

删除多个文档：

db.users.deleteMany({ age: { $lt: 30 } })

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MongoDB 索引与优化

创建索引

创建单字段索引：

db.users.createIndex({ name: 1 })

创建复合索引：

db.users.createIndex({ name: 1, age: -1 })

6.2 查看索引

db.users.getIndexes()

删除索引

db.users.dropIndex("name_1")

索引优化

• 使用索引可以加速查询，避免全表扫描。
• MongoDB 支持多种类型的索引，如哈希索引、文本索引、地理空间索引等。

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MongoDB 聚合操作

MongoDB 提供强大的聚合框架，可以进行复杂的数据分析操作。

聚合管道

db.orders.aggregate([
  { $match: { status: "A" } },
  { $group: { _id: "$cust_id", total: { $sum: "$amount" } } }
])

• $match: 用于过滤文档。
• $group: 用于分组数据。
• $sum: 用于计算总和。

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MongoDB 数据备份与恢复

备份数据

使用 mongodump 命令备份数据库：

mongodump --db myDatabase --out /path/to/backup

恢复数据

使用 mongorestore 恢复数据：

mongorestore --db myDatabase /path/to/backup/myDatabase

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MongoDB 安全与权限管理

MongoDB 提供了角色和权限控制功能来保护数据安全。

启用认证

修改 mongod.conf 配置文件，启用认证：

security:
  authorization

: "enabled"

重启 MongoDB：

sudo systemctl restart mongod

创建用户

use admin
db.createUser({
  user: "myAdmin",
  pwd: "password",
  roles: [{ role: "root", db: "admin" }]
})

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MongoDB 性能优化

查询优化

• 使用索引优化查询。
• 使用 explain 了解查询执行计划。

db.users.find({ name: "Alice" }).explain("executionStats")

聚合优化

• 使用 allowDiskUse 选项来处理大量数据：

  db.orders.aggregate([{ $match: { status: "A" } }], { allowDiskUse: true })

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MongoDB 常见问题与排查

MongoDB 连接问题

• 确认 MongoDB 服务是否正在运行。
• 检查防火墙设置，确保 MongoDB 端口（默认是 27017）开放。

性能问题

• 使用 mongotop 和 mongostat 命令检查数据库性能。
• 分析慢查询，创建合适的索引。

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在nodejs中使用mongodb

安装依赖

首先，在你的项目中安装所需的 npm 包：

npm init -y
npm install express mongoose

• express 是一个 Web 框架，用于快速构建 HTTP 服务器。
• mongoose 是 MongoDB 的 ODM（对象文档映射）库，它为 MongoDB 提供了一个更高层次的抽象，方便操作数据。

mongoose 文档: https://mongoosejs.com/docs/validation.html

配置 MongoDB 连接

在 app.js 或 server.js 中，配置 Mongoose 连接 MongoDB 数据库。

const express = require('express')
const mongoose = require('mongoose')

// 创建 Express 应用
const app = express()

// 连接 MongoDB 数据库
mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/mydb', { useNewUrlParser: true, useUnifiedTopology: true })
  .then(() => console.log('MongoDB connected'))
  .catch((err) => console.log('MongoDB connection error:', err))

// 中间件
app.use(express.json()) // 解析请求体中的 JSON 数据

// 启动服务器
const PORT = process.env.PORT || 3000
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server is running on port ${PORT}`)
})

在 Mongoose 5.x 版本中，这两个选项可以用来处理 MongoDB 连接字符串的解析和现代化的拓扑管理。但在 Mongoose 6.x 版本中，这些选项的默认值已经更新为 true
如果你正在使用 Mongoose 6.x 或更高版本，建议直接省略这两个选项(useNewUrlParser 和 useUnifiedTopology)，连接代码可以简化为：

const mongoose = require('mongoose')

mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/mydatabase')
  .then(() => console.log('MongoDB connected'))
  .catch(err => console.error('MongoDB connection error:', err))

在这个例子中：

• mongoose.connect() 用于连接 MongoDB 数据库，mongodb://localhost:27017/mydb 是连接字符串，表示连接到本地 MongoDB 实例中的 mydb 数据库。
• useNewUrlParser 和 useUnifiedTopology 是 Mongoose 连接的配置选项，推荐开启以避免警告。

创建 Schema 和 Model

MongoDB 是一个无模式的数据库，但通过 Mongoose，你可以定义一个 Schema 来规范文档的结构。然后，使用 Model 来进行数据操作。

在你的项目中创建一个 models 目录，并创建一个 User.js 文件，定义一个简单的用户模型。

// models/User.js
const mongoose = require('mongoose')

// 定义 Schema
const userSchema = new mongoose.Schema({
  name: { type: String, required: true },
  email: { type: String, required: true, unique: true },
  age: { type: Number, required: true },
})

// 创建 Model
const User = mongoose.model('User', userSchema)

module.exports = User

说明：

• mongoose.Schema() 用于定义文档的结构（Schema），其中 name, email, age 是字段，每个字段都可以指定数据类型、是否为必填、是否唯一等。
• mongoose.model() 用于创建模型，模型是与 MongoDB 中的集合（Collection）交互的接口。

Express 使用 MongoDB

现在，我们可以在 Express 路由中使用 Mongoose 模型来执行数据库操作。例如，创建用户、获取用户、更新用户和删除用户。

创建用户 API

// routes/user.js
const express = require('express')
const User = require('../models/User')
const router = express.Router()

// 创建用户
router.post('/users', async (req, res) => {
  const { name, email, age } = req.body

  try {
    // 创建新的 User 实例
    const user = new User({ name, email, age })

    // 保存到数据库
    await user.save()

    // 返回响应
    res.status(201).json(user)
  } catch (err) {
    res.status(400).json({ error: err.message })
  }
})

module.exports = router

在上面的代码中：

• router.post('/users') 处理客户端发送到 /users 路径的 POST 请求。
• 使用 User 模型的 save() 方法保存数据到 MongoDB。

获取所有用户 API

// routes/user.js
router.get('/users', async (req, res) => {
  try {
    const users = await User.find() // 查询所有用户
    res.status(200).json(users)
  } catch (err) {
    res.status(400).json({ error: err.message })
  }
})

获取单个用户 API

// routes/user.js
router.get('/users/:id', async (req, res) => {
  const { id } = req.params

  try {
    const user = await User.findById(id) // 根据 ID 查询用户
    if (!user) {
      return res.status(404).json({ error: 'User not found' })
    }
    res.status(200).json(user)
  } catch (err) {
    res.status(400).json({ error: err.message })
  }
})

更新用户 API

// routes/user.js
router.put('/users/:id', async (req, res) => {
  const { id } = req.params
  const { name, email, age } = req.body

  try {
    const user = await User.findByIdAndUpdate(id, { name, email, age }, { new: true })
    if (!user) {
      return res.status(404).json({ error: 'User not found' })
    }
    res.status(200).json(user)
  } catch (err) {
    res.status(400).json({ error: err.message })
  }
})

删除用户 API

// routes/user.js
router.delete('/users/:id', async (req, res) => {
  const { id } = req.params

  try {
    const user = await User.findByIdAndDelete(id)
    if (!user) {
      return res.status(404).json({ error: 'User not found' })
    }
    res.status(200).json({ message: 'User deleted successfully' })
  } catch (err) {
    res.status(400).json({ error: err.message })
  }
})

将路由集成到主应用中

将创建的路由文件集成到 app.js 或 server.js 文件中。

// app.js
const express = require('express')
const mongoose = require('mongoose')
const userRoutes = require('./routes/user')

const app = express()

// 连接到 MongoDB
mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/mydb', { useNewUrlParser: true, useUnifiedTopology: true })
  .then(() => console.log('MongoDB connected'))
  .catch((err) => console.log('MongoDB connection error:', err))

// 中间件
app.use(express.json()) // 解析请求体中的 JSON 数据

// 路由
app.use('/api', userRoutes)

// 启动服务器
const PORT = process.env.PORT || 3000
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server is running on port ${PORT}`)
})

说明：

• app.use('/api', userRoutes)：将用户相关的路由挂载到 /api 路径下，例如 POST /api/users、GET /api/users 等。

启动应用

在终端中运行以下命令启动应用：

node app.js

服务器会启动并监听 3000 端口，通过 Postman 或其他工具测试接口。

示例：

• POST /api/users 创建用户
• GET /api/users 获取所有用户
• GET /api/users/:id 获取指定 ID 的用户
• PUT /api/users/:id 更新指定 ID 的用户
• DELETE /api/users/:id 删除指定 ID 的用户

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更多 Mongoose 的高级用法（如数据验证、引用、聚合等），参考 Mongoose 官方文档。