一、MongoDB 基礎概念

1. 什么是 MongoDB

• MongoDB 是一個文檔型數據庫，數據以類似 JSON 的文檔形式存儲，使用 BSON 格式。
• 設計理念是應對大數據量1、高性能和靈活性需求。
• 數據組織方式：數據庫→2集合→文檔，其中集合類似于關系型數據庫的表，文檔類似于行。

2. 主要特點

3456-?文檔導向存儲：以 JSON-like 格式存儲，數據結構靈活。

• 索引優化查詢：7可對任意屬性創建索引，提升查詢效率。
• *數據鏡像與擴展性8*：通過副本集實現數據冗余和高可用。
• 水平擴展與分片9：利用分片技術將數據分布到多個節點。
• 強大的查詢語言10：支持復雜查詢表達式，包括內嵌對象和數組查詢。
• 靈活的數據更新11：使用 update () 命令可替換整個文檔或更新指定字段。
• MapReduce1213批量處理：用于大規模數據處理和聚合操作，Map 和 Reduce 函數用 JavaScript 編寫。
• GridFS 大文件1415存儲：存儲和檢索大于 BSON 文檔大小限制的文件。
• 多語言支持：支16持 RUBY、PYTHON、JAVA 等多種編程語言。

3. 核心概念對3比

SQL 術語 / 概念	MongoDB 術語 / 概念	解釋 / 說明
database	database	數據庫
table	collection	數據庫表 / 集合
row	document	數據記錄行 / 文檔
column	field	數據字段 / 域
index	index	索引
primary key	primary key	主鍵，MongoDB 自動將_id 字段設置為主鍵
table joins	-	表連接，MongoDB 不支持

二、MongoDB 安裝與啟動

1. 安裝前準備

• 安裝 Linux 平臺依賴包：dnf install libcurl openssl -y。
• 下載 MongoDB 安裝17包并解壓：tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz。
• 將解壓包拷貝到指定目錄18：mv mongodb-linux-x86_64-rhel88-8.0.8 /usr/local/mongodb。

2. 配置環境變19量

• 將 MongoDB 可執行文件添加到 PATH 路徑：

echo 'export PATH=/usr/local/mongodb/bin:$PATH' > /etc/profile
source /etc/profile

3. 創建數據庫目20錄

• 數據存儲目錄：/var/lib/mongodb。
• 日志文件目錄：/va{insert\_element\_16\_}r/log/mongodb。
• 創建目錄并設置權限：
  22```bash
  mkdir -p /var/lib/mongo
  mkdir -p /var/log/mongodb
  chown whoami /var/lib/mongo
  chown whoami /var/log/mongodb

### 4. 編譯安裝Op{insert\_element\_18\_}enSSL11
- 安裝編譯工具：`dnf install -y gcc make perl`。
- 配置、編譯和安裝Ope{insert\_element\_19\_}nSSL：
```bash
tar xzf openssl-1.1.w.tar.gz
cd openssl-1.1.1w
./config -prefix=/opt/openssl11 --openssldir=/opt/openssl/ssl
make -j$(nproc)
make install

5. 設置 Open24SSL11 環境變量

echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/openssl11/lib:$LD_LIBRARY_PATH' | sudo tee /etc/profile.d/openssl11.sh
source /etc/profile.d/openssl11.sh

6. 啟動 Mong25oDB 服務

mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork

啟動成功后會顯示子進程啟動信26息。

三、MongoDB27?Shell 使用

1. 安裝 MongoDB Shell

• 解壓安裝包并復制 mongosh 二進制文件到 PATH 目錄：

tar xzf mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3.tgz
cd mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3/bin
cp mongosh /usr/local/bin/
cp mongosh_crypt_v1.so /usr/local/lib/

2. 連接 Mong28oDB 服務器

• 基本連接命令：mongosh --host <hostname> --port <port>。
• 默認連接本地服務器：{insert\_element\_25\_}mongosh，成功連接后會顯示 MongoDB 和 mongosh 版本信息。

四、數據庫管理、

?1. 查看數據庫

• 查看所有數據庫：show dbs。
• 查看當前使用的數據庫：31db。

2. 創建數據庫32

• 使用use DATABASE_NAME命令，若數據庫不存在則自動創建。
• 示例：

use runoob
switched to db runoob

3. 刪除數據庫

34- 使用db.dropDatabase()方法。

• 示例：

use myDatabase
db.dropDatabase()

4. 默認與系統數36據庫

• 默認數據庫：test，未指定數據庫時數據默認存儲在此。
• 系統內置數據庫37：
  • admin：存儲用戶身份信息和全局權限。
  • config：分片38集群中存儲分片元數據。
  • local：存儲當39前節點的副本集狀態和操作日志。

五、集合管理

?1. 查看集合

• 使用show collections或show tables命令。

2. 創建集合

41- 使用db.createCollection(name, options)方法。

• 示例：創建固定大小集合

db.createCollection("myComplexCollection", {capped: true,size: 10485760,max: 5000,validator: {$jsonSchema: {required: ["name", "email"],bsonType: "object",properties: {name: { bsonType: "string" },email: { bsonType: "string", pattern: ".+@.+" }}}},validationLevel: "strict",storageEngine: { wiredTiger: { configString: "block_compressor=zstd" } }
})

3. 重命名集合

43- 使用db.adminCommand({ renameCollection: "sourceDb.sourceCollection", to: "targetDb.targetCollection" })。

4. 刪除集合

44- 使用db.collection.drop()方法。

六、文檔操作

?1. 插入文檔

• insertOne()：插入單個文檔。

  javascri{insert_element_42_}pt

  db.myCollection.insertOne({ name: "Alice", age: 25, city: "New York" })
  

• insertMany()：插入多個文檔。

  javascri{insert_element_43_}pt

  db.myCollection.insertMany([{ name: "Bob", age: 30, city: "Los Angeles" },{ name: "Charlie", age: 35, city: "Chicago" }
  ])
  

2. 查詢文檔

• find()：查找多個文檔。
  • 查找所有：db.{insert\_element\_44\_}myCollection.find()。
  • 按條件查找：db.myCollection.find({ age: { $gt: 25 } })。
• findOne()49：查找單個文檔。

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

3. 刪除文檔

• deleteOne()：刪除單個匹配文檔。

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

• deleteMany()：刪除所有匹配文檔。

  db.myCollection.deleteMany({ name: "Bob" })
  

4. 更新文檔

• updateOne()：更新單個匹配文檔。

  db.myCollection.updateOne({ name: "Alice" }, { $set: { age: 26 } })
  

• updateMany()：更新所有匹配文檔。

  db.myCollection.updateMany({ age: { $lt: 30 } }, { $set: { status: "active" } })
  

• replaceOne()：替換單個匹配文檔。

  db.myCollection.replaceOne({ name: "Bob" }, { name: "Bob", age: 31 })
  

七、MongoDB 備份與恢復

1. 安裝備份與恢復工具

rpm -ivh mongodb-database-tools-rhel70-x86_64-100.12.0.rpm

2. 數據備份（m56ongodump）

• 基本命令：mongodump -h dbhost -d dbname -o dbdirectory。
• 示例：備份所有數據到當57前目錄下的 dump 目錄

mongodump

3. 數據恢復（m58ongorestore）

• 基本命令：mongorestore -h <hostname>:<port> -d dbname <path>。
• 示例：從默認 dump 目59錄恢復數據

mongorestore

八、用戶管理

1. 創建用戶

db.createUser({user: "testuser",pwd: "password123",roles: [{ role: "readWrite", db: "database_name" },{ role: "dbAdmin", db: "database_name" }]
})

2. 驗證用戶

### 3. 啟用身份驗證{insert\_element\_58\_}
- 編輯配置文件`mongod.conf`，添加：
```yaml
security:authorization: "enabled"

• 或在啟動命令中添加--{insert\_element\_59\_}auth參數。

4. 使用用戶登錄

mongosh --host hostname --port port -u "testuser" -p "password123" --authenticationDatabase "database_name"

5. 刪除用戶

{insert\_element\_62\_}

九、索引管理

1. 索引基礎

• 索引作用：優化查詢性能，基于集合字段創建數據結構。
• 創建索引：d{insert\_element\_0\_}b.collection.createIndex( { field: 1 }, { options } )，1 為升序，-1 為降序。
• 唯一索引：db.users.createIndex( { email: 1 }, { unique: true } )，確保字段值唯一。

2. 復合索引

• 基于多個字段創建索引，語法：db.collection.createIndex( { field1: 1, field2: -1 } )。
• 注意：查詢條件需包含索引前綴字段才能有效利用復合索引。

3. 索引查看與刪除

• 查看所有索引：db.collection.getIndexes()。
• 刪除指定索引：db.collection.dropIndex( "indexName" )。
• 刪除所有索引：db.collection.dropIndexes()。

4. 地理空間索引

• 用于地理位置相關查詢，創建 2dsphere 索引：db.places.createIndex( { location: "2dsphere" } )。
• 查詢示例：查找半徑 5 公里內的地點：

db.places.find( {location: {$near: {$geometry: { type: "Point", coordinates: [116.4074, 39.9042] },$maxDistance: 5000}}
} )

十、聚合框架（Aggregation Framework）

1. 聚合管道概念

• 通過多個階段（stage）處理數據，每個階段對文檔進行轉換。
• 常見階段：、group、、sort、$limit 等。

2. 基本聚合操作

• $match：過濾文檔，類似 find 的查詢條件：

  db.sales.aggregate( [ { $match: { category: "electronics", price: { $gt: 100 } } } ] )
  

• $group：分組聚合，_id 指定分組字段，可使用聚合表達式：

  db.sales.aggregate( [{ $group: { _id: "$category", totalSales: { $sum: "$price" } } }
  ] )
  

• $project：投影字段，控制輸出內容：

  db.sales.aggregate( [{ $project: { product: 1, price: 1, discount: { $multiply: [ "$price", 0.8 ] } } }
  ] )
  

3. 高級聚合操作

• $lookup：左關聯查詢，類似 SQL 的 LEFT JOIN：

  db.orders.aggregate( [{$lookup: {from: "customers",localField: "customerId",foreignField: "_id",as: "customerInfo"}}
  ] )
  

• $unwind：展開數組字段，將每個數組元素轉為獨立文檔：

  db.products.aggregate( [ { $unwind: "$tags" } ] )
  

4. 聚合表達式

• 數學表達式：、avg、、max。
• 條件表達式：、ifNull、$switch。
• 字符串表達式：、substr、$toUpper。

十一、分片集群（Sharding）

1. 分片架構組件

• 分片節點（Shard）：存儲實際數據，可由副本集組成。
• 配置服務器（Config Server）：存儲分片元數據（如數據分布信息）。
• 路由節點（MongoS）：客戶端連接入口，負責轉發請求到對應分片。

2. 分片部署步驟

1. 啟動配置服務器：mongod --configsvr --dbpath /data/config --port 27019。
2. 啟動分片節點（副本集）：

   mongod --shardsvr --dbpath /data/shard1 --port 27017 --replSet rs1
   mongod --shardsvr --dbpath /data/shard2 --port 27018 --replSet rs1
   

3. 初始化副本集：rs.initiate()。
4. 啟動路由節點：mongos --configdb configServerHost:27019。
5. 將分片添加到集群：sh.addShard( "rs1/host1:27017,host2:27018" )。
6. 啟用分片：sh.enableSharding( "databaseName" )。
7. 設置分片鍵：sh.shardCollection( "databaseName.collectionName", { shardKey: 1 } )。

3. 分片鍵選擇

• 范圍分片鍵：如時間字段，數據按范圍分布，適合時序數據。
• 哈希分片鍵：如用戶 ID 的哈希值，數據均勻分布，適合高并發寫入。
• 復合分片鍵：如 {region: 1, date: 1}，結合范圍和哈希優勢。

十二、副本集（Replica Set）

1. 副本集架構

• 主節點（Primary）：處理所有寫入操作，同步數據到從節點。
• 從節點（Secondary）：復制主節點數據，處理讀請求。
• 仲裁節點（Arbiter）：不存儲數據，僅參與選舉決策。

2. 副本集初始化

// 連接到主節點
mongosh --port 27017
// 定義副本集配置
config = {_id: "rs0",members: [{ _id: 0, host: "server1:27017" },{ _id: 1, host: "server2:27017" },{ _id: 2, host: "server3:27017", arbiterOnly: true }]
}
// 初始化副本集
rs.initiate( config )

3. 故障轉移與讀偏好

• 自動故障轉移：主節點故障時，從節點通過選舉產生新主節點。
• 讀偏好（Read Preference）：
  • primary：只從主節點讀取（默認）。
  • primaryPreferred：優先從主節點讀取，不可用時從從節點。
  • secondary：只從從節點讀取。
  • secondaryPreferred：優先從從節點讀取，不可用時從主節點。
  • nearest：從最近的節點讀取。

十三、事務管理

1. 事務特性

• ACID 特性：MongoDB 4.0 + 支持分布式事務，確保原子性、一致性、隔離性、持久性。
• 多文檔事務：跨文檔、跨集合、跨數據庫的操作作為原子單元。

2. 事務使用示例

// 開始事務
const session = db.getMongo().startSession();
try {session.startTransaction();// 操作1：更新賬戶A余額db.accounts.updateOne({ _id: "A" },{ $inc: { balance: -100 } },{ session });// 操作2：更新賬戶B余額db.accounts.updateOne({ _id: "B" },{ $inc: { balance: 100 } },{ session });// 提交事務await session.commitTransaction();console.log("轉賬成功");
} catch (error) {// 回滾事務await session.abortTransaction();console.error("轉賬失敗:", error);
} finally {session.endSession();
}

3. 事務注意事項

• 事務超時時間默認 60 秒，可通過maxTransactionTimeMS參數調整。
• 分片集群中事務需使用 MongoDB 4.2+，且配置服務器為副本集。
• 避免長事務，減少鎖競爭。

十四、存儲引擎

1. WiredTiger（默認）

• 特點：支持文檔級鎖、壓縮、加密，性能均衡，適合大多數場景。
• 壓縮算法：
  • zlib：壓縮率高，CPU 消耗大。
  • snappy：壓縮率低，速度快。
  • zstd：平衡壓縮率和速度（默認）。
• 配置示例：在 mongod.conf 中設置storage.wiredTiger.engineConfig.compressor = zstd。

2. MMAPv1（舊版）

• 特點：使用文件映射內存，支持表級鎖，不推薦新部署。
• 適用場景：遺留系統兼容，或需要特定功能（如稀疏集合）。

3. In-Memory

• 特點：數據全部存儲在內存，適合對響應時間要求極高的場景。
• 注意：重啟后數據丟失，需搭配持久化存儲。

十五、監控與性能調優

1. 內置監控命令

• 查看服務器狀態：db.serverStatus()，獲取內存、CPU、IO 等指標。
• 查看當前操作：db.currentOp()，查看正在執行的命令。
• 慢查詢日志：啟用慢查詢日志（默認超過 100ms）：

  bash

  mongod --slowms 50 --logpath /var/log/mongodb/mongod.log
  

2. 性能調優策略

• 索引優化：為頻繁查詢的字段創建索引，避免全表掃描。
• 批量操作：使用 insertMany、bulkWrite 替代單條插入，減少網絡開銷。
• 連接池優化：調整驅動程序的連接池大小，默認值通常足夠。
• 內存配置：WiredTiger 存儲引擎建議將 50% 物理內存分配給緩存。
• 磁盤 IO：使用 SSD 存儲數據，避免頻繁寫入導致磁盤瓶頸。

3. 監控工具

• MongoDB Compass：圖形化工具，查看性能指標和查詢分析。
• MongoDB Atlas：云服務自帶監控儀表盤。
• Prometheus + Grafana：通過 MongoDB Exporter 采集指標并可視化。

十六、應用場景

1. 內容管理系統

• 靈活的數據結構適合存儲博客、文章等內容，支持動態字段擴展。
• 案例：WordPress 插件、新聞門戶網站。

2. 實時數據分析

• 聚合框架和 MapReduce 支持快速處理海量數據，如用戶行為分析。
• 案例：電商平臺商品瀏覽統計、廣告點擊分析。

3. 物聯網（IoT）數據存儲

• 分片集群支持海量設備數據存儲，時間序列數據查詢優化。
• 案例：智能家居設備日志、工業傳感器數據采集。

4. 社交網絡應用

• 文檔模型適合存儲用戶關系、動態等復雜結構，支持高并發讀寫。
• 案例：社交平臺消息系統、用戶資料管理。

5. 移動應用后端

• 多語言驅動和云服務（MongoDB Atlas）簡化移動應用開發。
• 案例：移動游戲進度存儲、社交 APP 用戶數據。

十七、最佳實踐

1. 數據模型設計

• 嵌入 vs 引用：
  • 多對一關系：嵌入子文檔（如用戶包含地址）。
  • 多對多關系：使用引用 + 索引（如用戶與角色關聯）。
• 避免過度規范化：適當冗余字段減少查詢關聯。

2. 安全配置

• 啟用身份驗證，分配最小權限角色。
• 禁止公網直接訪問 MongoDB 服務，使用 VPN 或防火墻限制。
• 啟用 TLS/SSL 加密通信：mongod --ssl --sslCertificateKeyFile cert.pem。

3. 備份與恢復策略

• 定期全量備份（如每天）+ 增量備份（如每小時）。
• 測試備份恢復流程，確保數據可恢復。
• 異地災備，防止物理故障導致數據丟失。

4. 版本升級

• 先在測試環境驗證新版本兼容性，尤其注意廢棄功能。
• MongoDB 4.4 + 支持滾動升級，減少服務中斷時間。
• 升級前備份數據，準備回滾方案。

十八、常見問題與解決方案

1. 性能問題排查

• 慢查詢分析：使用db.currentOp()和慢查詢日志定位問題查詢。
• 索引缺失：檢查查詢是否使用索引，explain()分析執行計劃。
• 鎖競爭：查看db.serverStatus().locks，優化寫入頻率或分片。

2. 磁盤空間問題

• WiredTiger 預分配：使用db.repairDatabase()回收未使用空間。
• 刪除過期數據：定期刪除不再需要的歷史數據，或使用 TTL 索引。
• 分片擴容：當單個分片數據量過大時，添加新分片并重新平衡數據。

3. 副本集異常

• 選舉失敗：確保多數節點可用（如 3 節點副本集至少 2 節點在線）。
• 數據不一致：使用rs.syncFrom("primaryHost")手動同步數據。
• 仲裁節點配置：奇數個節點或添加仲裁節點避免腦裂。

4. 事務相關問題

• 事務超時：優化事務內操作，減少執行時間或增加maxTransactionTimeMS。
• 并發沖突：使用樂觀鎖（如版本號字段）或調整隔離級別。