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MongoDB 概念解析

不管我们学习什么数据库都应该学习其中的基础概念，在mongodb中基本的概念是文档、集合、数据库，下面我们挨个介绍。

下表将帮助您更容易理解Mongo中的一些概念:

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

通过下图实例，我们也可以更直观的了解Mongo中的一些概念:

数据库

一个mongodb中可以建立多个数据库。

MongoDB的默认数据库为"db"，该数据库存储在data目录中。

MongoDB的单个实例可以容纳多个独立的数据库，每一个都有自己的集合和权限，不同的数据库也放置在不同的文件中。

"show dbs" 命令可以显示所有数据的列表。


$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> show dbs
local  0.078GB
test   0.078GB
>

执行 "db" 命令可以显示当前数据库对象或集合。


$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> db
test
>

运行"use"命令，可以连接到一个指定的数据库。


> use local
switched to db local
> db
local
>

以上实例命令中，"local" 是你要链接的数据库。

在下一个章节我们将详细讲解MongoDB中命令的使用。

数据库也通过名字来标识。数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。

  • 不能是空字符串（"")。
  • 不得含有' '（空格)、.、$、/、\和\0 (空字符)。
  • 应全部小写。
  • 最多64字节。

有一些数据库名是保留的，可以直接访问这些有特殊作用的数据库。

  • admin: 从权限的角度来看，这是"root"数据库。要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。
  • local: 这个数据永远不会被复制，可以用来存储限于本地单台服务器的任意集合
  • config: 当Mongo用于分片设置时，config数据库在内部使用，用于保存分片的相关信息。

文档(Document)

文档是一组键值(key-value)对(即 BSON)。MongoDB 的文档不需要设置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的数据类型，这与关系型数据库有很大的区别，也是 MongoDB 非常突出的特点。

一个简单的文档例子如下:

{"site":"www.w3ccoo.com", "name":"w3schools教程"}

下表列出了 RDBMS 与 MongoDB 对应的术语:

RDBMS MongoDB
数据库 数据库
表格 集合
行 文档
列 字段
表联合 嵌入文档
主键 主键 (MongoDB 提供了 key 为 _id )
数据库服务和客户端
Mysqld/Oracle mongod
mysql/sqlplus mongo

需要注意的是:

  1. 文档中的键/值对是有序的。
  2. 文档中的值不仅可以是在双引号里面的字符串，还可以是其他几种数据类型（甚至可以是整个嵌入的文档)。
  3. MongoDB区分类型和大小写。
  4. MongoDB的文档不能有重复的键。
  5. 文档的键是字符串。除了少数例外情况，键可以使用任意UTF-8字符。

文档键命名规范:

  • 键不能含有\0 (空字符)。这个字符用来表示键的结尾。
  • .和$有特别的意义，只有在特定环境下才能使用。
  • 以下划线"_"开头的键是保留的(不是严格要求的)。

集合

集合就是 MongoDB 文档组，类似于 RDBMS （关系数据库管理系统:Relational Database Management System)中的表格。

集合存在于数据库中，集合没有固定的结构，这意味着你在对集合可以插入不同格式和类型的数据，但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。

比如，我们可以将以下不同数据结构的文档插入到集合中:


{"site":"www.baidu.com"}
{"site":"www.google.com","name":"Google"}
{"site":"www.w3ccoo.com","name":"w3schools教程","num":5}

当第一个文档插入时，集合就会被创建。

合法的集合名

  • 集合名不能是空字符串""。
  • 集合名不能含有\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾。
  • 集合名不能以"system."开头，这是为系统集合保留的前缀。
  • 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$。　

如下实例:


db.col.findOne()

capped collections

Capped collections 就是固定大小的collection。

它有很高的性能以及队列过期的特性(过期按照插入的顺序). 有点和 "RRD" 概念类似。

Capped collections 是高性能自动的维护对象的插入顺序。它非常适合类似记录日志的功能和标准的 collection 不同，你必须要显式的创建一个capped collection，指定一个 collection 的大小，单位是字节。collection 的数据存储空间值提前分配的。

Capped collections 可以按照文档的插入顺序保存到集合中，而且这些文档在磁盘上存放位置也是按照插入顺序来保存的，所以当我们更新Capped collections 中文档的时候，更新后的文档不可以超过之前文档的大小，这样话就可以确保所有文档在磁盘上的位置一直保持不变。

由于 Capped collection 是按照文档的插入顺序而不是使用索引确定插入位置，这样的话可以提高增添数据的效率。MongoDB 的操作日志文件 oplog.rs 就是利用 Capped Collection 来实现的。

要注意的是指定的存储大小包含了数据库的头信息。

db.createCollection("mycoll", {capped:true, size:100000})
  • 在 capped collection 中，你能添加新的对象。
  • 能进行更新，然而，对象不会增加存储空间。如果增加，更新就会失败 。
  • 使用 Capped Collection 不能删除一个文档，可以使用 drop() 方法删除 collection 所有的行。
  • 删除之后，你必须显式的重新创建这个 collection。
  • 在32bit机器中，capped collection 最大存储为 1e9( 1X109)个字节。

元数据

数据库的信息是存储在集合中。它们使用了系统的命名空间:


dbname.system.*

在MongoDB数据库中名字空间 <dbname>.system.* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)，如下:

集合命名空间 描述
dbname.system.namespaces 列出所有名字空间。
dbname.system.indexes 列出所有索引。
dbname.system.profile 包含数据库概要(profile)信息。
dbname.system.users 列出所有可访问数据库的用户。
dbname.local.sources 包含复制对端（slave）的服务器信息和状态。

对于修改系统集合中的对象有如下限制。

在{{system.indexes}}插入数据，可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)。

{{system.users}}是可修改的。 {{system.profile}}是可删除的。

MongoDB 数据类型

下表为MongoDB中常用的几种数据类型。

数据类型 描述
String字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中，UTF-8 编码的字符串才是合法的。
Integer整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器，可分为 32 位或 64 位。
Boolean布尔值。用于存储布尔值（真/假）。
Double双精度浮点值。用于存储浮点值。
Min/Max keys将一个值与 BSON（二进制的 JSON）元素的最低值和最高值相对比。
Array用于将数组或列表或多个值存储为一个键。
Timestamp时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。
Object用于内嵌文档。
Null用于创建空值。
Symbol符号。该数据类型基本上等同于字符串类型，但不同的是，它一般用于采用特殊符号类型的语言。
Date日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间:创建 Date 对象，传入年月日信息。
Object ID对象 ID。用于创建文档的 ID。
Binary Data二进制数据。用于存储二进制数据。
Code代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。
Regular expression正则表达式类型。用于存储正则表达式。

下面说明下几种重要的数据类型。

ObjectId

ObjectId 类似唯一主键，可以很快的去生成和排序，包含 12 bytes，含义是:

  • 前 4 个字节表示创建 unix 时间戳,格林尼治时间 UTC 时间，比北京时间晚了 8 个小时
  • 接下来的 3 个字节是机器标识码
  • 紧接的两个字节由进程 id 组成 PID
  • 最后三个字节是随机数

MongoDB 中存储的文档必须有一个 _id 键。这个键的值可以是任何类型的，默认是个 ObjectId 对象

由于 ObjectId 中保存了创建的时间戳，所以你不需要为你的文档保存时间戳字段，你可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间:

> var newObject = ObjectId()
> newObject.getTimestamp()
ISODate("2017-11-25T07:21:10Z")

ObjectId 转为字符串

> newObject.str
5a1919e63df83ce79df8b38f

字符串

BSON 字符串都是 UTF-8 编码。

时间戳

BSON 有一个特殊的时间戳类型用于 MongoDB 内部使用，与普通的 日期 类型不相关。 时间戳值是一个 64 位的值。其中:

  • 前32位是一个 time_t 值（与Unix新纪元相差的秒数）
  • 后32位是在某秒中操作的一个递增的序数

在单个 mongod 实例中，时间戳值通常是唯一的。

在复制集中， oplog 有一个 ts 字段。这个字段中的值使用BSON时间戳表示了操作时间。

BSON 时间戳类型主要用于 MongoDB 内部使用。在大多数情况下的应用开发中，你可以使用 BSON 日期类型。

日期

表示当前距离 Unix新纪元（1970年1月1日）的毫秒数。日期类型是有符号的, 负数表示 1970 年之前的日期。


> var mydate1 = new Date()     //格林尼治时间
> mydate1
ISODate("2018-03-04T14:58:51.233Z")
> typeof mydate1
object
> var mydate2 = ISODate() //格林尼治时间
> mydate2
ISODate("2018-03-04T15:00:45.479Z")
> typeof mydate2
object

这样创建的时间是日期类型，可以使用 JS 中的 Date 类型的方法。

返回一个时间类型的字符串:

> var mydate1str = mydate1.toString()
> mydate1str
Sun Mar 04 2018 14:58:51 GMT+0000 (UTC) 
> typeof mydate1str
string

或者

> Date()
Sun Mar 04 2018 15:02:59 GMT+0000 (UTC)

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