NoSQL 简介

NoSQL 简介

NoSQL 概念

NoSQL 全称 Not Only SQL，意即”不仅仅是 SQL”。我们每天产生的数据有很大一部分由关系数据库管理系统（RDBMS）来处理，通过应用实践证明，关系模型非常适合于客户服务器编程。NoSQL 是一项全新的数据库革命性运动，早期就有人提出，发展至 2009 年趋势越发高涨。NoSQL 的拥护者们提倡运用非关系型的数据存储。

NoSQL 指的是非关系型的数据库，有时也称作 Not Only SQL 的缩写，是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称。NoSQL 用于超大规模数据的存储，例如谷歌或 Facebook 每天为他们的用户收集万亿比特的数据。这些类型的数据存储不需要固定的模式，无需多余操作就可以横向扩展。

分布式系统概念

分布式系统（distributed system）由多台计算机和通信的软件组件通过计算机网络连接（本地网络或广域网）组成。分布式系统是建立在网络之上的软件系统，正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。分布式系统可以应用在不同的平台上，如 PC、工作站、局域网和广域网等。

分布式计算的优点

可靠性（容错）：系统中部分节点发生故障时，其他节点可以继续提供服务。

可扩展性：可以根据需要增加节点来提升系统整体处理能力。

资源共享：网络中的硬件和软件资源可以被多个节点共同访问和使用。

灵活性：系统可以方便地添加新功能或替换旧组件而不影响整体运行。

更快的速度：通过并行处理和任务分发，多个节点同时工作可以缩短处理时间。

开放系统：基于标准协议和接口，不同厂商的设备和系统可以互相通信。

更高的性能：通过分布式架构将负载分散到多个节点，单点压力降低，整体吞吐量提升。

RDBMS vs NoSQL

RDBMS 特点：

高度组织化结构化数据

结构化查询语言（SQL）

数据和关系都存储在单独的表中

数据操纵语言，数据定义语言

严格的一致性

基础事务

NoSQL 特点：

代表着不仅仅是 SQL

没有声明性查询语言

没有预定义的模式

键 – 值对存储，列存储，文档存储，图形数据库

最终一致性，而非 ACID 属性

非结构化和不可预知的数据

CAP 定理

高性能，高可用性和可伸缩性

MongoDB 简介

MongoDB 概述

MongoDB 是由 C++ 语言编写的，是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统。在高负载的情况下，添加更多的节点，可以保证服务器性能。MongoDB 旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。MongoDB 将数据存储为一个文档，数据结构由键值（key=>value）对组成。MongoDB 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。

MongoDB 有两个服务器版本：Community 和 Enterprise。

MongoDB 下载

可以在 MongoDB 官网下载安装包，地址为：https://www.mongodb.com/download-center#community

直接下载地址（目前最新版 4.2）：

http://dl.mongodb.org/dl/win32/x86_64

http://downloads.mongodb.org/win32/mongodb-win32-x86_64-2012plus-4.2.4-signed.msi

MongoDB 提供很多语言的驱动包，可以通过这些语言去访问 MongoDB。

Windows 安装步骤

转到下载 MongoDB 安装程序的目录（.msi 文件），默认情况下是 Downloads 目录。双击 .msi 文件开始安装。

选择安装类型：可以选择”完整”（建议大多数用户使用）或”自定义”安装类型。”完整设置”选项会将 MongoDB 和 MongoDB 工具安装到默认位置。使用”自定义安装程序”选项，可以指定要安装的可执行文件以及安装位置。

服务配置：从 MongoDB 4.0 开始，可以在安装过程中将 MongoDB 设置为 Windows 服务，也可以仅安装二进制文件。以下内容将 MongoDB 安装并配置为 Windows 服务。从 MongoDB 4.0 开始，可以在安装过程中将 MongoDB 配置和启动为 Windows 服务，并在成功安装后启动 MongoDB 服务。

如果选择不将 MongoDB 配置为 Windows 服务，请取消勾选 Install MongoD as a Service。

创建一个 Windows 账号：mango，密码也是 mango。

MongoDB Compass 是一个图形界面管理工具，安装时可以选择不安装。中国大陆安装 MongoDB 数据库时，可以选择安装 Compass，但是容易卡死，原因是从美国服务器在线安装，可以手动下载后离线安装。

安装完成后需要重启电脑。

启动与连接

如果将 MongoDB 安装为 Windows 服务，成功安装后将启动 MongoDB 服务。要开始使用 MongoDB，请将 mongo.exe 连接到正在运行的 MongoDB 实例。可以在 Windows 资源管理器中转到 C:\Program Files\MongoDB\Server\4.2\bin\ 目录，双击 mongo.exe。

也可以使用配置文件配置 MongoDB 实例：<install directory>\bin\mongod.cfg

如果没有将 MongoDB 安装为 Windows 服务，仅安装了可执行文件，则必须手动启动 MongoDB 实例。

停止 MongoDB 服务

要停止或暂停 MongoDB 服务，使用服务控制台：在服务控制台中找到 MongoDB 服务，右键单击 MongoDB 服务，然后点击”停止”（或”暂停”）。

配置环境与启动连接

启动 MongoDB 数据库

要启动 MongoDB，需要运行 mongod.exe。基本启动命令如下：

"C:\Program Files\MongoDB\Server\4.2\bin\mongod.exe" --dbpath="c:\data\db"Code language: JavaScript (javascript)

–dbpath 选项指向数据库目录，该目录必须提前存在。可以配置环境变量，将 MongoDB 的 bin 目录加入 PATH，这样就无需每次输入完整路径。

如果 MongoDB 数据库服务器运行正常，命令解释器会显示如下信息：

[initandlisten] waiting for connectionsCode language: CSS (css)

连接到 MongoDB

要将 mongo.exe 外壳连接到 MongoDB 实例，需要打开另一个具有管理权限的命令解释器，然后运行 mongo.exe。

"C:\Program Files\MongoDB\Server\4.2\bin\mongo.exe"Code language: CSS (css)

或者配置好环境变量后直接输入：

mongo

默认绑定地址说明

默认情况下，MongoDB 在启动时 bindIp 设置为 127.0.0.1，该绑定到 localhost 网络接口。这意味着 mongod.exe 只能接受来自同一计算机上运行的客户端的连接。除非将此值设置为有效的网络接口，否则远程客户端无法连接到 mongod.exe，且 mongod.exe 不能初始化副本集。

如果需要允许远程连接，可以在配置文件中修改 bindIp 参数，例如设置为 0.0.0.0 以监听所有网络接口，或指定具体的 IP 地址。修改配置文件 mongod.cfg 中的 net.bindIp 字段后重启服务生效。

MongoDB 概念解析

SQL 与 MongoDB 术语对照

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	不支持	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

数据库

一个 MongoDB 实例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库的列表：

> show dbs

执行 db 命令可以显示当前数据库对象或集合：

> db

运行 use 命令可以连接到一个指定的数据库：

> use localCode language: PHP (php)

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。将用户添加到这个数据库，该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

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。

一个简单的文档例子：

{"site":"www.foxdevelop.com", "name":"foxdevelop"}Code language: JSON / JSON with Comments (json)

集合

集合就是 MongoDB 文档组，类似于 RDBMS 中的表格。集合存在于数据库中，集合没有固定的结构，意味着可以对集合插入不同格式和类型的数据，但通常插入集合的数据都会有一定的关联性。

比如可以将以下不同数据结构的文档插入到同一个集合中：

{"site":"www.bing.com"}
{"site":"www.google.com","name":"Google"}
{"site":"www.foxdevelop.com","name":"foxdevelop","num":5}Code language: JSON / JSON with Comments (json)

当第一个文档插入时，集合就会被创建。

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。根据服务器分为 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 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。基本等同于字符串类型，用于采用特殊符号类型的语言。
Date	日期时间。用 UNIX 时间格式存储当前日期或时间。
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。

ObjectId

ObjectId 类似唯一主键，可以很快生成和排序，包含 12 个字节，含义如下：

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 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，不需要为文档单独保存时间戳字段，可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间：

> var newObject = ObjectId()
> newObject.getTimestamp()Code language: JavaScript (javascript)

ObjectId 可以转为字符串形式。

日期

日期类型表示当前距离 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()
> mydate1
> typeof mydate1Code language: JavaScript (javascript)

new Date() 创建的是格林尼治时间对象，typeof 返回 object。