MongoDB 基础¶

MongoDB 是一个面向文档的 NoSQL 数据库系统，具有高性能、高可用性和易扩展性。下面是 MongoDB 的详细使用教程，涵盖从安装、基本操作、索引到高级功能如聚合和复制集的内容。

一、MongoDB 简介¶

MongoDB 使用 BSON（Binary JSON）格式存储数据，数据存储在类似于 JSON 的文档中。这使得它特别适合处理非结构化或半结构化数据，同时提供了灵活的数据模式。

二、MongoDB 安装¶

2.1 在 Ubuntu 上安装 MongoDB¶

更新系统包列表并安装 MongoDB：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y mongodb

启动 MongoDB 服务：

sudo systemctl start mongodb
sudo systemctl enable mongodb

检查 MongoDB 是否成功运行：
```
sudo systemctl status mongodb
```

2.2 在 Windows 上安装 MongoDB¶

下载 MongoDB MSI 安装包：
前往 MongoDB 下载页面并选择适合的版本。
安装 MongoDB：
双击下载的 MSI 文件，按照提示完成安装。
启动 MongoDB 服务：
打开命令提示符，输入以下命令启动服务：
```
net start MongoDB
```

2.3 在 macOS 上安装 MongoDB¶

使用 Homebrew 安装 MongoDB：

brew tap mongodb/brew
brew install mongodb-community

启动 MongoDB 服务：

brew services start mongodb/brew/mongodb-community

三、MongoDB 基本操作¶

3.1 连接 MongoDB¶

MongoDB 默认在本地 localhost 的 27017 端口运行。可以使用 MongoDB shell 或其他客户端工具连接到数据库。

mongo

3.2 数据库操作¶

显示所有数据库：
```
show dbs;
```
创建或切换数据库：
```
use mydatabase;
```
删除数据库：
```
db.dropDatabase();
```

3.3 集合操作¶

创建集合：
```
db.createCollection("mycollection");
```
查看集合：
```
show collections;
```
删除集合：
```
db.mycollection.drop();
```

3.4 文档操作¶

插入文档¶

插入一个文档：

db.mycollection.insertOne({name: "Alice", age: 25});

插入多个文档：

db.mycollection.insertMany([
    {name: "Bob", age: 30},
    {name: "Charlie", age: 35}
]);

查询文档¶

查询所有文档：
```
db.mycollection.find();
```
根据条件查询文档：
```
db.mycollection.find({name: "Alice"});
```

查询单个文档：

db.mycollection.findOne({name: "Alice"});

更新文档¶

更新一个文档：

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

更新多个文档：

db.mycollection.updateMany(
    {age: {$gt: 25}}, 
    {$set: {status: "active"}}
);

删除文档¶

删除一个文档：

db.mycollection.deleteOne({name: "Alice"});

删除多个文档：

db.mycollection.deleteMany({age: {$lt: 30}});

四、MongoDB 索引¶

MongoDB 通过索引提高查询性能。

4.1 创建索引¶

单字段索引：

db.mycollection.createIndex({name: 1});

复合索引：

db.mycollection.createIndex({name: 1, age: -1});

4.2 查看索引¶

db.mycollection.getIndexes();

4.3 删除索引¶

删除特定索引：
```
db.mycollection.dropIndex("name_1");
```
删除所有索引：
```
db.mycollection.dropIndexes();
```

五、MongoDB 聚合¶

MongoDB 的聚合功能类似于 SQL 中的 GROUP BY，可以处理和汇总数据。

5.1 基本聚合操作¶

db.mycollection.aggregate([
    {$match: {status: "active"}},
    {$group: {_id: "$age", total: {$sum: 1}}},
    {$sort: {total: -1}}
]);

5.2 聚合管道¶

聚合管道包含多个阶段，每个阶段执行特定的操作。

db.mycollection.aggregate([
    {$match: {status: "active"}},
    {$group: {_id: "$age", total: {$sum: 1}}},
    {$project: {age: "$_id", total: 1, _id: 0}},
    {$sort: {total: -1}},
    {$limit: 10}
]);

六、MongoDB 复制集¶

复制集是 MongoDB 的高可用性解决方案，通过多个节点保持数据副本。

6.1 设置复制集¶

在 mongod 配置文件中配置复制集名称：
```
replication:
  replSetName: "rs0"
```

启动 mongod 实例并初始化复制集：

rs.initiate();
rs.add("hostname:port");

6.2 复制集常用命令¶

查看复制集状态：
```
rs.status();
```
添加成员：
```
rs.add("new_member_hostname:port");
```
移除成员：
```
rs.remove("member_hostname:port");
```

七、MongoDB 分片¶

分片用于在多台服务器上分布存储数据，以支持大规模数据集和高吞吐量。

7.1 启用分片¶

启动配置服务器和分片服务器：

启动 mongos 并配置分片：

sh.enableSharding("mydatabase");
sh.shardCollection("mydatabase.mycollection", {shardKey: 1});

八、MongoDB 安全性¶

8.1 用户管理¶

创建管理员用户：

use admin;
db.createUser({
    user: "admin",
    pwd: "password",
    roles: [{role: "root", db: "admin"}]
});

创建普通用户：

use mydatabase;
db.createUser({
    user: "myuser",
    pwd: "mypassword",
    roles: [{role: "readWrite", db: "mydatabase"}]
});

8.2 角色管理¶

授予角色：

db.grantRolesToUser("myuser", [{role: "dbAdmin", db: "mydatabase"}]);

撤销角色：

db.revokeRolesFromUser("myuser", [{role: "readWrite", db: "mydatabase"}]);

九、MongoDB 备份与恢复¶

9.1 备份数据¶

使用 mongodump 工具备份数据库：

mongodump --out /path/to/backup --db mydatabase

9.2 恢复数据¶

使用 mongorestore 工具恢复数据：

mongorestore /path/to/backup --db mydatabase

十、MongoDB 性能优化¶

10.1 使用索引优化查询性能¶

分析查询：

db.mycollection.find({name: "Alice"}).explain("executionStats");

10.2 存储引擎选择¶

根据应用场景选择合适的存储引擎，如 WiredTiger、In-Memory 等。

结语¶

MongoDB 是一个功能强大且灵活的数据库系统，适合各种大数据处理场景。通过本教程的学习，你可以掌握 MongoDB 的基本使用技巧，并能根据具体需求进行高级配置和优化。