缓存与加速技术实践-MongoDB数据库应用

一.什么是MongoDB

MongoDB 是一个文档型数据库，数据以类似 JSON 的文档形式存储。
MongoDB 的设计理念是为了应对大数据量、高性能和灵活性需求。
MongoDB 使用集合（Collections）来组织文档（Documents），每个文档都是由键值对组成的。

数据库（Database）：存储数据的容器，类似于关系型数据库中的数据库。

集合（Collection）：数据库中的一个集合，类似于关系型数据库中的表。

文档（Document）：集合中的一个数据记录，类似于关系型数据库中的行（row），以 BSON 格式存储。

MongoDB 将数据存储为一个文档，数据结构由键值 (key=>value) 对组成，文档类似于 JSON 对象，字段值可以包含其他文档，数组及文档数组。

1.主要特点

文档导向的存储：MongoDB 是一个面向文档的数据库，它以 JSON-like 的格式存储数据，使得数据结构更加灵活和丰富。

索引优化查询：MongoDB 允许用户为文档中的任意属性创建索引，例如 FirstName 和 Address，从而提高查询效率和排序性能。

数据镜像与扩展性：通过本地或网络创建数据的副本，MongoDB 实现了强大的数据冗余和扩展能力。

水平扩展与分片：面对增加的负载，MongoDB 可以通过分片技术将数据分布到计算机网络中的其他节点上，实现水平扩展。

强大的查询语言：MongoDB 使用 JSON 格式的查询语法，支持复杂的查询表达式，包括对内嵌对象和数组的查询。

数据更新：利用 update () 命令，MongoDB 能够替换整个文档或更新指定的数据字段。

2.MongoDB概念解析

SQL 术语 / 概念	MongoDB 术语 / 概念	解释 / 说明
database	database	数据库
table	collection	数据库表 / 集合
row	document	数据记录行 / 文档
column	field	数据字段 / 域
index	index	索引
table joins		表连接，MongoDB 不支持
primary key	primary key	主键，MongoDB 自动将_id 字段设置为主键

二.MongoDB安装

安装前需要安装各个Linux平台依赖包

dnf -y install openssl libcurl

解压安装包

tar zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz

将解压包拷贝到指定目录

mv mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz /usr/local/mongodb

MongoDB的可执行文件在bin目录下

cd /usr/local/mongodb

cd bin/

vim /etc/profile

在末尾添加一行： export /usr/local/mongodb/bin:$PATH

source /etc/profile

创建数据库目录

[root@localhost ~]#mkdir -p /var/lib/mongo
[root@localhost ~]#mkdir -p /var/log/mongodb

由于mongodb依赖openssl11,需要编译安装openssl11

[root@localhost ~]# dnf install -y gcc make perl
[root@localhost ~]# tar xzf openssl-1.1.1w.tar.gz
[root@localhost ~]# cd openssl-1.1.1w
[root@sentinel01 openssl-1.1.1w]#./config --prefix=/opt/openssl11 --openssldir=/opt/openssl11/ssl
[root@sentinel01 openssl-1.1.1w]#make -j2
[root@sentinel01 openssl-1.1.1w]#make install

设置openssl11的环境变量

[root@localhost ~]# echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/openssl11/lib:$LD_LIBRARY_PATH' | sudo tee /etc/profile.d/openssl11.sh
[root@localhost ~]# source /etc/profile.d/openssl11.sh

接下来启动Mongodb服务

[root@localhost ~]# mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork

看到以下信息，说明启动成功

[root@localhost ~]# mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 12102
child process started successfully, parent exiting

三.MongoDB Shell

MongoDB Shell 是 MongoDB 提供的官方交互式界面，允许用户与 MongoDB 数据库进行交互、执行命令和操作数据库。

1.安装MongoDB Shell

[root@localhost ~]# tar xzf mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3.tgz
[root@localhost ~]# cd mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3
[root@localhost mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3]# cd bin/
[root@localhost bin]# cp mongosh /usr/local/bin/
[root@localhost bin]# cp mongosh_crypt_v1.so /usr/local/lib/

2.验证MongoDB Shell

[root@localhsot bin]# mongosh
Current Mongosh Log ID: 680a15327aa1c07b1b26ff
Connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?directConnection=true&serverSelectionTimeoutMS=2000&appName=mongosh+2.5.0
Using MongoDB: 8.0.8
Using Mongosh: 2.5.0

For mongosh info see:

The server generated these startup warnings when booting
2025-04-24T18:22:54.368+08:00: Using the XFS filesystem is strongly recommended with the WiredTiger storage engine. See Production Notes for Self-Managed Deployments - Database Manual - MongoDB Docs
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: Access control is not enabled for the database. Read and write access to data and configuration is unrestricted
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: You are running this process as the root user, which is not recommended

2025-04-24T18:22:55.892+08:00: This server is bound to localhost. Remote systems will be unable to connect to this server. Start the server with --bind_ip <address> to specify which IP addresses it should serve responses from, or with --bind_ip_all to bind to all interfaces. If this behavior is desired, start the server with --bind_ip 127.0.0.1 to disable this warning
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: Soft rlimits for open file descriptors too low
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: For customers running the current memory allocator, we suggest changing the contents of the following sysfsFile
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: We suggest setting the contents of sysfsFile to 0.
2025-04-24T18:22:55.892+08:00: We suggest setting swappiness to 0 or 1, as swapping can cause performance problems.

test>

四.数据库管理

1.查看数据库列表

要查看当前MongoDB实例中所有数据库的列表，可以用show dbs命令

>show dbs

要查看当前正在使用的数据库，可以用db命令

>db

2.创建数据库

test> use runoob
switched to db runoob
runoob> db
runoob
runoob>

runoob> show dbs
admin 40.00 KiB
config 60.00 KiB
local 40.00 KiB
runoob>

插入一条命令会显示你创建的列表

runoob> db.runoob.insertOne({"name":"zhangsan"})
{
acknowledged: true,
insertedId: ObjectId('680a18f4277aa1c07b1b2700')
}
runoob> show dbs
admin 40.00 KiB
config 60.00 KiB
local 40.00 KiB
runoob 40.00 KiB
runoob>

3.删除数据库

如果你要删除数据库，可以使用db.dropDatabase()

runoob>use test

test>db.dropDatabase()

4. 默认数据库

MongoDB 中默认的数据库为 test，如果您没有创建新的数据库，数据将存放在 test 数据库中。

当您通过 shell 连接到 MongoDB 实例时，如果未使用 use 命令切换到其他数据库，则会默认使用 test 数据库。

例如，在启动 MongoDB 实例并连接到 MongoDB shell 后，如果您开始插入文档而未显式指定数据库，MongoDB 将默认使用 test 数据库。

5. 系统内置数据库

在 MongoDB 中，admin、config 和 local 是三个特殊的系统内置数据库

admin 数据库：存储所有数据库的用户身份信息和全局权限（如 root 用户）。用户必须通过 admin 数据库认证后才能执行跨库管理操作。
config 数据库：仅在分片集群环境中存在。存储分片信息、块（chunk）分布、集合分片策略等关键元数据。
local 数据库：存储当前节点的副本集状态、操作日志（oplog）等本地数据。数据不会被复制到其他节点，仅存在于当前实例。

五.集合管理

1.查看集合

查看当前库已有集合，可以使用show collections命令

>show collections

2.创建集合

db.createCollection("myComplexCollection", {capped: true,size: 10485760,max: 5000,validator: { $jsonSchema: {bsonType: "object",required: ["name", "email"],properties: {name: {bsonType: "string",description: "必须为字符串且为必填项"},email: {bsonType: "string",pattern: ".*@.*$",description: "必须为有效的电子邮件地址"}}}},validationLevel: "strict",validationAction: "error",storageEngine: {wiredTiger: { configString: "block_compressor=zstd" }},collation: { locale: "en", strength: 2 }
});

> use test
switched to db test
> db.createCollection("runoob")
{ "ok" : 1 }

3.更新集合名

db.adminCommand({renameCollection: "test.oldCollection",to: "test.newCollection"
});

db.adminCommand({renameCollection: "test.oldCollection",to: "production.newCollection"
});

4.删除集合

>db.kgc.drop()

六.文档操作

1.插入文档

当个文档插入：insertOne()

db.myCollection.insertOne({name: "Alice",age: 25,city: "New York"
});{"acknowledged": true,"insertedId": ObjectId("60c72b2f9b1d8b5a5f8e2b2d")
}

2.insertMany()

db.myCollection.insertMany([{ name: "Bob", age: 30, city: "Los Angeles" },{ name: "Charlie", age: 35, city: "Chicago" }]);返回结果：
{"acknowledged": true,"insertedIds": [ObjectId("60c72b2f9b1d8b5a5f8e2b2e"),ObjectId("60c72b2f9b1d8b5a5f8e2b2f")]
}

2.查询文档

查找所有文档

>db.myCollection.find();

查找当个文档

>db.myCollection.findOne({name:"bob"});

3.删除文档

deleteOne()方法用于删除匹配过滤器的单个文档

>db.myCollection.deleteOne({name:"bob"});

deleteMany()方法用于删除所有匹配过滤器的文档

> db.myCollection.deleteMany({name:"Alice"})

4.更新文档

插入测试数据

>db.myCollection.insertMany([{ name: "Alice",age: 25,city: "Los Angeles",statu
s: "inactive" },{ name: "Bob",age: 30,city: "Los Angeles",status: "active" },
{ name: "Charlie",age: 35,city: "Chicago",status: "active"}]);

1.updateOne()用于更新单个文档

>db.myCollection.updateOne({ name: "Alice" },                     // 过滤条件{ $set: { age: 26 } },                // 更新操作{ upsert: false }                     // 可选参数
);

2.updateMany()用于匹配所有文档

db.myCollection.updateMany({ age: { $lt: 30 } },                // 过滤条件{ $set: { status: "active" } },     // 更新操作{ upsert: false }                    // 可选参数
);

七.MongoDB备份与恢复

1.安装备份与恢复命令

[root@localhost ~]#rpm -ivh mongodb-database-tools-rhel70-x86_64-100.12.0.rpm

2.MongoDB数据备份

[root@localhost ~]# mongodump
2025-04-25T22:44:21.307+0800    writing admin.system.version to dump/admin/system.version.bson
2025-04-25T22:44:21.307+0800    done dumping admin.system.version (1 document)
2025-04-25T22:44:21.308+0800    writing mydb.myCollection to dump/mydb/myCollection.bson
2025-04-25T22:44:21.308+0800    writing test.myComplexCollection to dump/test/myComplexCollection.bson
2025-04-25T22:44:21.310+0800    writing test.myCollection to dump/test/myCollection.bson
2025-04-25T22:44:21.313+0800    done dumping test.myCollection (3 documents)
2025-04-25T22:44:21.313+0800    done dumping test.myComplexCollection (0 documents)
2025-04-25T22:44:21.334+0800    done dumping mydb.myCollection (3 documents)
[root@localhost ~]# ls
dump

3. MongoDB数据恢复

[root@localhost ~]# mongorestore
2025-04-25T22:50:28.111+0800    using default 'dump' directory
2025-04-25T22:50:28.111+0800    preparing collections to restore from
2025-04-25T22:50:28.111+0800    don't know what to do with file "dump/prelude.json", skipping...
2025-04-25T22:50:28.111+0800    reading metadata for mydb.myCollection from dump/mydb/myCollection.metadata.json
2025-04-25T22:50:28.111+0800    reading metadata for test.myCollection from dump/test/myCollection.metadata.json
2025-04-25T22:50:28.111+0800    reading metadata for test.myComplexCollection from dump/test/myComplexCollection.metadata.json
2025-04-25T22:50:28.125+0800    restoring test.myCollection from dump/test/myCollection.bson
2025-04-25T22:50:28.134+0800    restoring mydb.myCollection from dump/mydb/myCollection.bson
2025-04-25T22:50:28.136+0800    finished restoring test.myCollection (3 documents, 0 failures)
2025-04-25T22:50:28.140+0800    restoring test.myComplexCollection from dump/test/myComplexCollection.bson
2025-04-25T22:50:28.144+0800    finished restoring mydb.myCollection (3 documents, 0 failures)
2025-04-25T22:50:28.151+0800    finished restoring test.myComplexCollection (0 documents, 0 failures)
2025-04-25T22:50:28.151+0800    no indexes to restore for collection mydb.myCollection
2025-04-25T22:50:28.151+0800    no indexes to restore for collection test.myCollection
2025-04-25T22:50:28.151+0800    no indexes to restore for collection test.myComplexCollection
2025-04-25T22:50:28.151+0800    6 document(s) restored successfully. 0 document(s) failed to restore.