一、MongoDB 基础概念

1. 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，使用 BSON 格式。
• 设计理念是应对大数据量1、高性能和灵活性需求。
• 数据组织方式：数据库→2集合→文档，其中集合类似于关系型数据库的表，文档类似于行。

2. 主要特点

3456- 文档导向存储：以 JSON-like 格式存储，数据结构灵活。

• 索引优化查询：7可对任意属性创建索引，提升查询效率。
• *数据镜像与扩展性8*：通过副本集实现数据冗余和高可用。
• 水平扩展与分片9：利用分片技术将数据分布到多个节点。
• 强大的查询语言10：支持复杂查询表达式，包括内嵌对象和数组查询。
• 灵活的数据更新11：使用 update () 命令可替换整个文档或更新指定字段。
• MapReduce1213批量处理：用于大规模数据处理和聚合操作，Map 和 Reduce 函数用 JavaScript 编写。
• GridFS 大文件1415存储：存储和检索大于 BSON 文档大小限制的文件。
• 多语言支持：支16持 RUBY、PYTHON、JAVA 等多种编程语言。

3. 核心概念对3比

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
primary key	primary key	主键，MongoDB 自动将_id 字段设置为主键
table joins	-	表连接，MongoDB 不支持

二、MongoDB 安装与启动

1. 安装前准备

• 安装 Linux 平台依赖包：dnf install libcurl openssl -y。
• 下载 MongoDB 安装17包并解压：tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz。
• 将解压包拷贝到指定目录18：mv mongodb-linux-x86_64-rhel88-8.0.8 /usr/local/mongodb。

2. 配置环境变19量

• 将 MongoDB 可执行文件添加到 PATH 路径：

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

3. 创建数据库目20录

• 数据存储目录：/var/lib/mongodb。
• 日志文件目录：/va{insert\_element\_16\_}r/log/mongodb。
• 创建目录并设置权限：
  22```bash
  mkdir -p /var/lib/mongo
  mkdir -p /var/log/mongodb
  chown whoami /var/lib/mongo
  chown whoami /var/log/mongodb

### 4. 编译安装Op{insert\_element\_18\_}enSSL11
- 安装编译工具：`dnf install -y gcc make perl`。
- 配置、编译和安装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. 设置 Open24SSL11 环境变量

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. 启动 Mong25oDB 服务

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

启动成功后会显示子进程启动信26息。

三、MongoDB27 Shell 使用

1. 安装 MongoDB Shell

• 解压安装包并复制 mongosh 二进制文件到 PATH 目录：

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. 连接 Mong28oDB 服务器

• 基本连接命令：mongosh --host <hostname> --port <port>。
• 默认连接本地服务器：{insert\_element\_25\_}mongosh，成功连接后会显示 MongoDB 和 mongosh 版本信息。

四、数据库管理、

 1. 查看数据库

• 查看所有数据库：show dbs。
• 查看当前使用的数据库：31db。

2. 创建数据库32

• 使用use DATABASE_NAME命令，若数据库不存在则自动创建。
• 示例：

use runoob
switched to db runoob

3. 删除数据库

34- 使用db.dropDatabase()方法。

• 示例：

use myDatabase
db.dropDatabase()

4. 默认与系统数36据库

• 默认数据库：test，未指定数据库时数据默认存储在此。
• 系统内置数据库37：
  • admin：存储用户身份信息和全局权限。
  • config：分片38集群中存储分片元数据。
  • local：存储当39前节点的副本集状态和操作日志。

五、集合管理

 1. 查看集合

• 使用show collections或show tables命令。

2. 创建集合

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

• 示例：创建固定大小集合

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. 删除集合

44- 使用db.collection.drop()方法。

六、文档操作

 1. 插入文档

• insertOne()：插入单个文档。

  javascri{insert_element_42_}pt

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

• insertMany()：插入多个文档。

  javascri{insert_element_43_}pt

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

2. 查询文档

• find()：查找多个文档。
  • 查找所有：db.{insert\_element\_44\_}myCollection.find()。
  • 按条件查找：db.myCollection.find({ age: { $gt: 25 } })。
• findOne()49：查找单个文档。

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

3. 删除文档

• deleteOne()：删除单个匹配文档。

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

• deleteMany()：删除所有匹配文档。

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

4. 更新文档

• updateOne()：更新单个匹配文档。

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

• updateMany()：更新所有匹配文档。

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

• replaceOne()：替换单个匹配文档。

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

七、MongoDB 备份与恢复

1. 安装备份与恢复工具

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

2. 数据备份（m56ongodump）

• 基本命令：mongodump -h dbhost -d dbname -o dbdirectory。
• 示例：备份所有数据到当57前目录下的 dump 目录

mongodump

3. 数据恢复（m58ongorestore）

• 基本命令：mongorestore -h <hostname>:<port> -d dbname <path>。
• 示例：从默认 dump 目59录恢复数据

mongorestore

八、用户管理

1. 创建用户

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

2. 验证用户

### 3. 启用身份验证{insert\_element\_58\_}
- 编辑配置文件`mongod.conf`，添加：
```yaml
security:authorization: "enabled"

• 或在启动命令中添加--{insert\_element\_59\_}auth参数。

4. 使用用户登录

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

5. 删除用户

{insert\_element\_62\_}

九、索引管理

1. 索引基础

• 索引作用：优化查询性能，基于集合字段创建数据结构。
• 创建索引：d{insert\_element\_0\_}b.collection.createIndex( { field: 1 }, { options } )，1 为升序，-1 为降序。
• 唯一索引：db.users.createIndex( { email: 1 }, { unique: true } )，确保字段值唯一。

2. 复合索引

• 基于多个字段创建索引，语法：db.collection.createIndex( { field1: 1, field2: -1 } )。
• 注意：查询条件需包含索引前缀字段才能有效利用复合索引。

3. 索引查看与删除

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

4. 地理空间索引

• 用于地理位置相关查询，创建 2dsphere 索引：db.places.createIndex( { location: "2dsphere" } )。
• 查询示例：查找半径 5 公里内的地点：

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

• 通过多个阶段（stage）处理数据，每个阶段对文档进行转换。
• 常见阶段：、group、、sort、$limit 等。

2. 基本聚合操作

• $match：过滤文档，类似 find 的查询条件：

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

• $group：分组聚合，_id 指定分组字段，可使用聚合表达式：

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

• $project：投影字段，控制输出内容：

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

3. 高级聚合操作

• $lookup：左关联查询，类似 SQL 的 LEFT JOIN：

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

• $unwind：展开数组字段，将每个数组元素转为独立文档：

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

4. 聚合表达式

• 数学表达式：、avg、、max。
• 条件表达式：、ifNull、$switch。
• 字符串表达式：、substr、$toUpper。

十一、分片集群（Sharding）

1. 分片架构组件

• 分片节点（Shard）：存储实际数据，可由副本集组成。
• 配置服务器（Config Server）：存储分片元数据（如数据分布信息）。
• 路由节点（MongoS）：客户端连接入口，负责转发请求到对应分片。

2. 分片部署步骤

1. 启动配置服务器：mongod --configsvr --dbpath /data/config --port 27019。
2. 启动分片节点（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. 启动路由节点：mongos --configdb configServerHost:27019。
5. 将分片添加到集群：sh.addShard( "rs1/host1:27017,host2:27018" )。
6. 启用分片：sh.enableSharding( "databaseName" )。
7. 设置分片键：sh.shardCollection( "databaseName.collectionName", { shardKey: 1 } )。

3. 分片键选择

• 范围分片键：如时间字段，数据按范围分布，适合时序数据。
• 哈希分片键：如用户 ID 的哈希值，数据均匀分布，适合高并发写入。
• 复合分片键：如 {region: 1, date: 1}，结合范围和哈希优势。

十二、副本集（Replica Set）

1. 副本集架构

• 主节点（Primary）：处理所有写入操作，同步数据到从节点。
• 从节点（Secondary）：复制主节点数据，处理读请求。
• 仲裁节点（Arbiter）：不存储数据，仅参与选举决策。

2. 副本集初始化

// 连接到主节点
mongosh --port 27017
// 定义副本集配置
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. 故障转移与读偏好

• 自动故障转移：主节点故障时，从节点通过选举产生新主节点。
• 读偏好（Read Preference）：
  • primary：只从主节点读取（默认）。
  • primaryPreferred：优先从主节点读取，不可用时从从节点。
  • secondary：只从从节点读取。
  • secondaryPreferred：优先从从节点读取，不可用时从主节点。
  • nearest：从最近的节点读取。

十三、事务管理

1. 事务特性

• ACID 特性：MongoDB 4.0 + 支持分布式事务，确保原子性、一致性、隔离性、持久性。
• 多文档事务：跨文档、跨集合、跨数据库的操作作为原子单元。

2. 事务使用示例

// 开始事务
const session = db.getMongo().startSession();
try {session.startTransaction();// 操作1：更新账户A余额db.accounts.updateOne({ _id: "A" },{ $inc: { balance: -100 } },{ session });// 操作2：更新账户B余额db.accounts.updateOne({ _id: "B" },{ $inc: { balance: 100 } },{ session });// 提交事务await session.commitTransaction();console.log("转账成功");
} catch (error) {// 回滚事务await session.abortTransaction();console.error("转账失败:", error);
} finally {session.endSession();
}

3. 事务注意事项

• 事务超时时间默认 60 秒，可通过maxTransactionTimeMS参数调整。
• 分片集群中事务需使用 MongoDB 4.2+，且配置服务器为副本集。
• 避免长事务，减少锁竞争。

十四、存储引擎

1. WiredTiger（默认）

• 特点：支持文档级锁、压缩、加密，性能均衡，适合大多数场景。
• 压缩算法：
  • zlib：压缩率高，CPU 消耗大。
  • snappy：压缩率低，速度快。
  • zstd：平衡压缩率和速度（默认）。
• 配置示例：在 mongod.conf 中设置storage.wiredTiger.engineConfig.compressor = zstd。

2. MMAPv1（旧版）

• 特点：使用文件映射内存，支持表级锁，不推荐新部署。
• 适用场景：遗留系统兼容，或需要特定功能（如稀疏集合）。

3. In-Memory

• 特点：数据全部存储在内存，适合对响应时间要求极高的场景。
• 注意：重启后数据丢失，需搭配持久化存储。

十五、监控与性能调优

1. 内置监控命令

• 查看服务器状态：db.serverStatus()，获取内存、CPU、IO 等指标。
• 查看当前操作：db.currentOp()，查看正在执行的命令。
• 慢查询日志：启用慢查询日志（默认超过 100ms）：

  bash

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

2. 性能调优策略

• 索引优化：为频繁查询的字段创建索引，避免全表扫描。
• 批量操作：使用 insertMany、bulkWrite 替代单条插入，减少网络开销。
• 连接池优化：调整驱动程序的连接池大小，默认值通常足够。
• 内存配置：WiredTiger 存储引擎建议将 50% 物理内存分配给缓存。
• 磁盘 IO：使用 SSD 存储数据，避免频繁写入导致磁盘瓶颈。

3. 监控工具

• MongoDB Compass：图形化工具，查看性能指标和查询分析。
• MongoDB Atlas：云服务自带监控仪表盘。
• Prometheus + Grafana：通过 MongoDB Exporter 采集指标并可视化。

十六、应用场景

1. 内容管理系统

• 灵活的数据结构适合存储博客、文章等内容，支持动态字段扩展。
• 案例：WordPress 插件、新闻门户网站。

2. 实时数据分析

• 聚合框架和 MapReduce 支持快速处理海量数据，如用户行为分析。
• 案例：电商平台商品浏览统计、广告点击分析。

3. 物联网（IoT）数据存储

• 分片集群支持海量设备数据存储，时间序列数据查询优化。
• 案例：智能家居设备日志、工业传感器数据采集。

4. 社交网络应用

• 文档模型适合存储用户关系、动态等复杂结构，支持高并发读写。
• 案例：社交平台消息系统、用户资料管理。

5. 移动应用后端

• 多语言驱动和云服务（MongoDB Atlas）简化移动应用开发。
• 案例：移动游戏进度存储、社交 APP 用户数据。

十七、最佳实践

1. 数据模型设计

• 嵌入 vs 引用：
  • 多对一关系：嵌入子文档（如用户包含地址）。
  • 多对多关系：使用引用 + 索引（如用户与角色关联）。
• 避免过度规范化：适当冗余字段减少查询关联。

2. 安全配置

• 启用身份验证，分配最小权限角色。
• 禁止公网直接访问 MongoDB 服务，使用 VPN 或防火墙限制。
• 启用 TLS/SSL 加密通信：mongod --ssl --sslCertificateKeyFile cert.pem。

3. 备份与恢复策略

• 定期全量备份（如每天）+ 增量备份（如每小时）。
• 测试备份恢复流程，确保数据可恢复。
• 异地灾备，防止物理故障导致数据丢失。

4. 版本升级

• 先在测试环境验证新版本兼容性，尤其注意废弃功能。
• MongoDB 4.4 + 支持滚动升级，减少服务中断时间。
• 升级前备份数据，准备回滚方案。

十八、常见问题与解决方案

1. 性能问题排查

• 慢查询分析：使用db.currentOp()和慢查询日志定位问题查询。
• 索引缺失：检查查询是否使用索引，explain()分析执行计划。
• 锁竞争：查看db.serverStatus().locks，优化写入频率或分片。

2. 磁盘空间问题

• WiredTiger 预分配：使用db.repairDatabase()回收未使用空间。
• 删除过期数据：定期删除不再需要的历史数据，或使用 TTL 索引。
• 分片扩容：当单个分片数据量过大时，添加新分片并重新平衡数据。

3. 副本集异常

• 选举失败：确保多数节点可用（如 3 节点副本集至少 2 节点在线）。
• 数据不一致：使用rs.syncFrom("primaryHost")手动同步数据。
• 仲裁节点配置：奇数个节点或添加仲裁节点避免脑裂。

4. 事务相关问题

• 事务超时：优化事务内操作，减少执行时间或增加maxTransactionTimeMS。
• 并发冲突：使用乐观锁（如版本号字段）或调整隔离级别。