MongoDB简介 #

关系型数据库（RDBMS）
├── 表结构固定
├── SQL查询语言
├── ACID事务
└── 垂直扩展

NoSQL数据库
├── 灵活的数据模型
├── 多种查询方式
├── BASE理论
└── 水平扩展

2007年  10gen公司成立，开发PaaS平台
    ↓
2009年  MongoDB开源发布
    ↓
2010年  MongoDB 1.4发布，支持分片
    ↓
2012年  MongoDB 2.2发布，支持聚合框架
    ↓
2015年  MongoDB 3.0发布，WiredTiger引擎
    ↓
2018年  MongoDB 4.0发布，支持事务
    ↓
2023年  MongoDB 7.0发布，增强查询能力
    ↓
至今    持续更新迭代

// 文档结构灵活，无需预定义
{
    "_id": ObjectId("507f1f77bcf86cd799439011"),
    "name": "John",
    "age": 25,
    "email": "john@example.com"
}

// 另一个文档可以有不同字段
{
    "_id": ObjectId("507f1f77bcf86cd799439012"),
    "name": "Jane",
    "address": {
        "city": "Beijing",
        "street": "Chaoyang Road"
    },
    "hobbies": ["reading", "swimming"]
}

// 支持丰富的索引类型
db.users.createIndex({ name: 1 })

// 查询优化器自动选择最优执行计划
db.users.find({ name: "John" }).explain("executionStats")

复制集架构
┌─────────────────────────────────────┐
│         Primary (主节点)            │
│         读写操作                    │
└──────────────┬──────────────────────┘
               │
       ┌───────┴───────┐
       ▼               ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Secondary   │ │ Secondary   │
│ (从节点)    │ │ (从节点)    │
│ 只读        │ │ 只读        │
└─────────────┘ └─────────────┘

分片集群架构
┌─────────────────────────────────────┐
│         mongos (路由)               │
└──────────────┬──────────────────────┘
               │
       ┌───────┼───────┐
       ▼       ▼       ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Shard 1 │ │ Shard 2 │ │ Shard 3 │
│ (分片1) │ │ (分片2) │ │ (分片3) │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘

// 条件查询
db.users.find({ age: { $gt: 18 } })

// 聚合管道
db.orders.aggregate([
    { $match: { status: "completed" } },
    { $group: { _id: "$userId", total: { $sum: "$amount" } } }
])

// 文本搜索
db.articles.find({ $text: { $search: "MongoDB" } })

// 多文档事务（MongoDB 4.0+）
const session = db.getMongo().startSession()
session.startTransaction()

try {
    db.accounts.updateOne(
        { _id: 1 },
        { $inc: { balance: -100 } },
        { session }
    )
    db.accounts.updateOne(
        { _id: 2 },
        { $inc: { balance: 100 } },
        { session }
    )
    session.commitTransaction()
} catch (error) {
    session.abortTransaction()
}

// MongoDB需要多次查询或使用$lookup
db.orders.aggregate([
    {
        $lookup: {
            from: "users",
            localField: "userId",
            foreignField: "_id",
            as: "user"
        }
    }
])

┌─────────────────────────────────────┐
│           Web应用架构               │
├─────────────────────────────────────┤
│  浏览器 → Node.js/Python/Java      │
│              ↓                      │
│           MongoDB数据库             │
└─────────────────────────────────────┘

移动App
    ↓
API服务器
    ↓
MongoDB数据库
    ↓
{
    "userId": "123",
    "device": "iPhone",
    "location": { "lat": 39.9, "lng": 116.4 },
    "lastActive": ISODate("2024-01-01T00:00:00Z")
}

// 存储传感器数据
{
    "deviceId": "sensor_001",
    "type": "temperature",
    "value": 25.5,
    "unit": "°C",
    "timestamp": ISODate("2024-01-01T12:00:00Z"),
    "location": {
        "building": "A",
        "floor": 3,
        "room": "301"
    }
}

// 时序集合（MongoDB 5.0+）
db.createCollection("sensorData", {
    timeseries: {
        timeField: "timestamp",
        metaField: "deviceId",
        granularity: "minutes"
    }
})

// 实时数据聚合
db.events.aggregate([
    {
        $match: {
            timestamp: {
                $gte: new Date("2024-01-01"),
                $lt: new Date("2024-02-01")
            }
        }
    },
    {
        $group: {
            _id: {
                year: { $year: "$timestamp" },
                month: { $month: "$timestamp" },
                day: { $dayOfMonth: "$timestamp" }
            },
            count: { $sum: 1 },
            uniqueUsers: { $addToSet: "$userId" }
        }
    }
])

// 存储应用日志
{
    "level": "error",
    "message": "Database connection failed",
    "service": "api-server",
    "timestamp": ISODate("2024-01-01T12:00:00Z"),
    "stack": "Error: Connection timeout...",
    "metadata": {
        "host": "server-01",
        "pid": 12345
    }
}

┌─────────────────────────────────────────┐
│            MongoDB实例                   │
├─────────────────────────────────────────┤
│            数据库（Database）            │
├─────────────────────────────────────────┤
│            集合（Collection）            │
├─────────────────────────────────────────┤
│            文档（Document）              │
├─────────────────────────────────────────┤
│            字段（Field）                 │
└─────────────────────────────────────────┘

/data/db/
├── WiredTiger          # 存储引擎文件
├── WiredTiger.lock     # 锁文件
├── WiredTiger.wt       # 配置文件
├── _mdb_catalog.wt     # 目录文件
├── collection-*.wt     # 集合数据文件
└── index-*.wt          # 索引数据文件

NoSQL数据库技能需求排名（2024）
┌─────────────────────┐
│ 1. MongoDB    ████  │
│ 2. Redis      ███   │
│ 3. Cassandra  ██    │
│ 4. DynamoDB   ██    │
│ 5. Couchbase  █     │
└─────────────────────┘

MongoDB学习
    ├── 文档数据库设计
    ├── NoSQL数据建模
    ├── 查询优化
    └── 分布式系统

入门阶段
├── 安装配置
├── 基本语法
├── 数据类型
└── 简单查询

进阶阶段
├── 聚合管道
├── 索引优化
├── 复制集
└── 事务处理

高级阶段
├── 分片集群
├── 性能调优
├── 安全管理
└── 运维监控