MongoDB - 概述篇（概念、结构、BSON、适用场景、安装部署启动）

Aaron学习之路
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1. 什么是MongoDB？

MongoDB是一个基于分布式文件/文档存储的数据库。 由C++编写，可以为web应用提供可拓展、高性能、易部署的数据存储解决方案。MongoDB是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库中功能最丰富、最像关系数据库的。

在高负载的情况下，可以通过添加更多的节点，保证服务器性能。

1.1 NoSQL和MongoDB

NoSQL(not only sql)支持类似SQL的功能，与RDBMS(关系数据库)相辅相成。其性能较高，不使用SQL意味着没有结构化的存储要素之后，架构更加灵活。

NoSQL四大家族：

  • 列存储Hbase
  • 键值（key-value）存储redis
  • 图像存储Neo4j
  • 文档存储MongoDB

1.2 抽象的体系结构

image.png

1.3 MongoDB 和RDBMS对比

RDBMSMongoDB
database（数据库）database（数据库）
table（表）collation（集合）
row（行）document（BSON文档）
column（列）field（字段）
index（唯一索引、主键索引）index（支持地理位置索引、全文索引、哈希索引）
join（主外建关联）embedded Document（嵌套文档）
primary key（指1至N个列做主键）primary key（指定_id field作为主键）

2. 什么是BSON？

BSON（Binary JSON）是一种类似JSON的一种二进制形式的存储格式。 他和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Binary Data类型。BSON可以作为网络数据交换的一种存储格式， 是一种schema-less的存储形式，他的优点是灵活性高，缺点是空间利用率不佳。

举个栗子：

{key:value,key2:value2}
  • 其中key是字符串类型，后面的value值，它的类型一般是字符、double、Array、ISODate等类型。

BSON有三个特点:

  • 轻量性
  • 可便利性
  • 高效性

BSON在MongoDB中的使用

MongoDB使用了BSON这种结构来存储数据和网络数据交换。把这种格式转化成一文档这个概念(Document)，这里的一个Document也可以理解成关系数据库中的一条记录（Record），只是这里的Document的变化更丰富一些，如Document可以嵌套。

MongoDB中Document 中可以出现的数据类型：

数据类型说明解释说明Document举例
String字符串UTF-8编码的字符串才是合法的{key:"abc"}
Integer整型数值根据你采用的服务器，可以分为32位和64位{key:1}
Boolean布尔型用于存储布尔值（真/假）{key:true}
Double双精度浮点型用于存储浮点值{key:3.14}
ObjectId对象ID用于创建文档的ID{id:new ObjectId()}
Array数组用于将数组或列表或多个值存储为一个键{arr:["a","b"]}
Timestamp时间戳从开始纪元开始的毫秒数{ts:new Timestamp()}
Object内嵌文档文档可以作为文档中某个 key的value{o:{foo:“bar”}}
Null空值表示空值或者未定义的对象{key:null}
Date或者ISODate格林尼治时间日期时间，用Unix日期格式来存储当前日期或时间{birth:new Date()}
Code代码可以包含JS代码{x:function(){}}

特殊数据类型file：

  • 二进制转码小于16M，用base64存储
  • 二进制转码大于16M，用GridFS存储
    • GridFS用两个集合来存储一个文件：fs.files和fs.chunk 举例：真正存储需要使用mongofiles -d gridfs put song.mp3

3. 如何抉择是否使用MongoDB

应用特征Yes / No
应用不需要事务及复杂 join 支持YES
新应用，需求会变，数据模型无法确定，想快速迭代开发YES
应用需要2000-3000以上的读写QPS（更高也可以）YES
应用需要TB甚至 PB 级别数据存储YES
应用发展迅速，需要能快速水平扩展YES
应用要求存储的数据不丢失YES
应用需要99.999%高可用YES
应用需要大量的地理位置查询、文本查询YES

3.1 适用场景

  • 网站数据：MongoDB 非常适合实时的插入，更新与查询，并具备网站实时数据存储所需的复制及高度伸缩性。
  • 缓存：由于性能很高，MongoDB 也适合作为信息基础设施的缓存层。在系统重启之后，由Mongo搭建的持久化缓存层可以避免下层的数据源过载。
  • 大尺寸、低价值的数据：使用传统的关系型数据库存储一些大尺寸低价值数据时会比较浪费，在此之前，很多时候程序员往往会选择传统的文件进行存储。
  • 高伸缩性的场景：MongoDB 非常适合由数十或数百台服务器组成的数据库，Mongo的路线图中已经包含对MapReduce引擎的内置支持以及集群高可用的解决方案。
  • 用于对象及JSON 数据的存储：Mongo的BSON 数据格式非常适合文档化格式的存储及查询

3.2 行业具体应用场景

  • 游戏场景，使用 MongoDB 存储游戏用户信息，用户的装备、积分等直接以内嵌文档的形式存储，方便查询、更新。
  • 物流场景，使用 MongoDB 存储订单信息，订单状态在运送过程中会不断更新，以 MongoDB 内嵌数组的形式来存储，一次查询就能将订单所有的变更读取出来。
  • 社交场景，使用 MongoDB 存储存储用户信息，以及用户发表的朋友圈信息，通过地理位置索引实现附近的人、地点等功能。
  • 物联网场景，使用 MongoDB 存储所有接入的智能设备信息，以及设备汇报的日志信息，并对这些信息进行多维度的分析。
  • 直播，使用 MongoDB 存储用户信息、礼物信息等。

4. 安装与启动

# 1.下载社区版 MongoDB 4.1.3
# 下载地址：https://www.mongodb.com/download-center#community
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3.tgz

# 2.将压缩包解压即可
mkdir /usr/local/hero/
tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3.tgz -C /usr/local/hero/

# 3.创建数据目录和日志目录
cd /usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3
mkdir datas
mkdir logs
mkdir conf
touch logs/mongodb.log

# 4.创建mongodb.conf文件
vim /usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/conf/mongo.conf

# 5.指定配置文件方式的启动服务端
/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongod -f /usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/conf/mongo.conf

4.1 配置文件

#监听的端口，默认27017
port=27017

#数据库目录，默认/data/db
dbpath=/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/datas

#日志路径
logpath=/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/logs/mongodb.log

#是否追加日志
logappend=true

#是否已后台启动的方式登陆
fork=true

#监听IP地址，默认全部可以访问
bind_ip=0.0.0.0

# 是开启用户密码登陆
auth=false

image.png

4.2 启动脚本start-mongo.sh

touch start-mongo.sh
chmod 755 start-mongo.sh
vim start-mongo.sh

#! /bin/bash
clear
/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongod -f /usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/conf/mongo.conf
echo "start mongo..."
ps -ef | grep mongodb

image.png

4.3 关闭脚本stop-mongo.sh

touch stop-mongo.sh
chmod 755 stop-mongo.sh
vim stop-mongo.sh

#! /bin/bash
clear
/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongod --shutdown -f /usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/conf/mongo.conf

echo "stop mongo..."
ps -ef | grep mongodb

image.png

5. 访问MongoDB

image.png

5.1 客户端登录

# 启动mongo shell
/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongo

# 退出
exit

# 指定主机和端口的方式启动
/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongo --host=主机IP --
port=端口

/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3/bin/mongo --host=127.0.0.1
--port=27017

配置环境变量：

vim /etc/profile

export MONGO_HOME=/usr/local/hero/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.1.3
export PATH=$MONGO_HOME/bin:$PATH

source /etc/profile

image.png

5.2 GUI工具

  • MongoDB Compass Community
    • MongoDB提供GUI MongoDB工具
    • 借助内置模式可视化，用户可以分析文档并显示丰富的结构。为了监控服务器的负载，它提供了数据库操作的实时统计信息
    • Compass有两个版本：Enterprise（付费），Community（免费）
    • 适用于Linux，Mac或Windows
  • MongoBooster
    • 是MongoDB CLI界面中非常流行的GUI工具。它正式名称为MongoBooster
    • NoSQLBooster是一个跨平台，它带有一堆MongoDB 工具来管理数据库和监控服务器
    • 这个Mongodb工具包括服务器监控工具，Visual Explain Plan，查询构建器，SQL查询，ES2017语法支持等等......
    • 适用于Linux，Mac或Windows
  • Navicat
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