注：本系列教程是自己学习的记录，内容来至菜鸟教程
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MongoDB入门教程03
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MongoDB入门教程05

1. MongoDB关系

MongoDB是如何管理类似关系型数据库中的级联关系的呢？

嵌入式关系

使用嵌入式方法，我们可以把用户地址嵌入到用户的文档中：

 {
   "_id" : ObjectId("5af10a5dc1ff9494de25bf1e"),
   "contact" : "987654321",
   "dob" : "01-01-1991",
   "name" : "Tom Benzamin",
   "address" : [ 
   {
     "building" : "22 A, Indiana Apt",
     "pincode" : 123456.0,
     "city" : "Los Angeles",
     "state" : "California"
   }, 
   {
     "building" : "170 A, Acropolis Apt",
     "pincode" : 456789.0,
     "city" : "Chicago",
     "state" : "Illinois"
   }
   ]
}

这种方式的缺点是数据冗余比较大

引用式关系

把用户数据文档和用户地址数据文档分开，通过引用文档的 _id 字段来建立关系，这种方式类似于关系型数据库。

user:
{
 "contact": "987654321",
 "dob": "01-01-1991",
 "name": "Tom Benzamin",
 "address_ids": [
     ObjectId("5af10c5bc1ff9494de25bf1f"),
     ObjectId("5af10c5bc1ff9494de25bf20")
 ]
}
> var result = db.user.findOne({name:"Jackey"}, {address_ids:1, _id:0})
> db.address.find({_id:{$in:result["address_ids"]}}).pretty()
{
 "_id" : ObjectId("5af10c5bc1ff9494de25bf1f"),
 "building" : "22 A, Indiana Apt",
 "pincode" : 123456,
 "city" : "Los Angeles",
 "state" : "California"
}
{
 "_id" : ObjectId("5af10c5bc1ff9494de25bf20"),
 "building" : "170 A, Acropolis Apt",
 "pincode" : 456789,
 "city" : "Chicago",
 "state" : "Illinois"
}

2. MongoDB查询分析

使用 explain()

> db.col.find({likes: {$gt:120}}, {title:1, _id:0}).explain()
{
 "queryPlanner" : {
 "plannerVersion" : 1,
 "namespace" : "test.col",
 "indexFilterSet" : false,
 "parsedQuery" : {
 "likes" : { "$gt" : 120 }
 },
 "winningPlan" : {
 "stage" : "PROJECTION",
 "transformBy" : {
   "title" : 1,
   "_id" : 0
 },
 "inputStage" : {
   "stage" : "FETCH",
   "inputStage" : {
   "stage" : "IXSCAN",
   "keyPattern" : {
     "likes" : 1
  },
 "indexName" : "likes_1",     # 使用的索引
 "isMultiKey" : false,
 "multiKeyPaths" : {
 "likes" : [ ]
 },
 "isUnique" : false,
 "isSparse" : false,
 "isPartial" : false,
 "indexVersion" : 2,
 "direction" : "forward",
 "indexBounds" : {
 "likes" : [ "(120.0, inf.0]" ]
 }
 }
 }
 },
 "rejectedPlans" : [ ]
 },
 "serverInfo" : {
 "host" : "ChoodeMacBook-Pro.local",
 "port" : 27017,
 "version" : "3.6.4",
 "gitVersion" : "d0181a711f7e7f39e60b5aeb1dc7097bf6ae5856"
 },
 "ok" : 1
}

使用 hint()

显式指定一个索引

> db.col.find({likes: {$gt:120}, title:"Java 教程"}, {title:1,_id:0})
.hint({likes:1}).explain()

3. MongoDB原子操作

mongdb不支持事务，所以，在你的项目中应用时，要注意这点。无论什么设计，都不要要求mongodb保证数据的完整性。
但是mongodb提供了许多原子操作，比如文档的保存，修改，删除等，都是原子操作。
所谓原子操作就是要么这个文档保存到Mongodb，要么没有保存到Mongodb，不会出现查询到的文档没有保存完整的情况。

book = {
 _id: 123456789,
 title: "MongoDB: The Definitive Guide",
 author: [ "Kristina Chodorow", "Mike Dirolf" ],
 published_date: ISODate("2010-09-24"),
 pages: 216,
 language: "English",
 publisher_id: "oreilly",
 available: 3,
 checkout: [ { by: "joe", date: ISODate("2012-10-15") } ]
 }

你可以使用 db.collection.findAndModify() 方法来判断书籍是否可结算并更新新的结算信息。
在同一个文档中嵌入的 available 和 checkout 字段来确保这些字段是同步更新的:

> db.books.findAndModify ( {
 query: {
 _id: 123456789,
 available: { $gt: 0 }
 },
 update: {
 $inc: { available: -1 },
 $push: { checkout: { by: "abc", date: new Date() } }
 }
} )

原子操作常用命令

$set

用来指定一个键并更新键值，若键不存在并创建。

> { $set : { field : value } }

$unset

用来删除一个键。

> { $unset : { field : 1} }

$inc

$inc可以对文档的某个值为数字型（只能为满足要求的数字）的键进行增减的操作。

> { $inc : { field : value } }

$push

用法：

> { $push : { field : value } }

把value追加到field里面去，field一定要是数组类型才行，如果field不存在，会新增一个数组类型加进去。

$pushAll

同$push,只是一次可以追加多个值到一个数组字段内。

> { $pushAll : { field : value_array } }

$pull

从数组field内删除一个等于value值。

> { $pull : { field : _value } }

$addToSet

增加一个值到数组内，而且只有当这个值不在数组内才增加。

$pop

删除数组的第一个或最后一个元素

> { $pop : { field : 1 } }

$rename

修改字段名称

> { $rename : { old_field_name : new_field_name } }

$bit

位操作，integer类型

> {$bit : { field : {and : 5}}}

偏移操作符

> t.find()
 { "_id" : ObjectId("4b97e62bf1d8c7152c9ccb74"), "title" : "ABC", 
 comments" : [ { "by" : "joe", "votes" : 3 }, { "by" : "jane", "votes" : 7 } ] }

> t.update( {'comments.by':'joe'}, {$inc:{'comments.$.votes':1}}, false, true)

> t.find() 
{ "_id" : ObjectId("4b97e62bf1d8c7152c9ccb74"), "title" : "ABC", "comments" : [ { "by" : "joe", "votes" : 4 }, { "by" : "jane", "votes" : 7 } ] }

4. MongoDB 高级索引

考虑以下文档集合（users ）:

> {
 "address": {
 "city": "Los Angeles",
 "state": "California",
 "pincode": "123"
 },
 "tags": [
 "music",
 "cricket",
 "blogs"
 ],
 "name": "Tom Benzamin"
}

以上文档包含了 address子文档和 tags 数组。

索引数组字段

假设我们基于标签来检索用户，为此我们需要对集合中的数组 tags 建立索引。

在数组中创建索引，需要对数组中的每个字段依次建立索引。所以在我们为数组 tags 创建索引时，会为 music、cricket、blogs三个值建立单独的索引。

使用以下命令创建数组索引：

> db.users.ensureIndex({"tags": 1})
{
    "createdCollectionAutomatically" : false,
    "numIndexesBefore" : 1,
    "numIndexesAfter" : 2,
    "ok" : 1
}

创建索引后，我们可以这样检索集合的 tags 字段：

> db.users.find({tags:"cricket"})
{ "_id" : ObjectId("5bd96058c62eb66d43e14e97"), 
"address" : { "city" : "Los Angeles", "state" : "California", "pincode" : "123" }, 
"tags" : [ "music", "cricket", "blogs" ], 
"name" : "Tom Benzamin" }

为了验证我们使用使用了索引，可以使用 explain 命令：

> db.users.find({tags: "cricket"}).explain()
{
    "queryPlanner" : {
        "plannerVersion" : 1,
        "namespace" : "test.users",
        "indexFilterSet" : false,
        "parsedQuery" : {
            "tags" : {
                "$eq" : "cricket"
            }
        },
        "winningPlan" : {
            "stage" : "FETCH",
            "inputStage" : {
                "stage" : "IXSCAN",
                "keyPattern" : {
                    "tags" : 1
                },
                "indexName" : "tags_1",   // 瞧，这就是我们的索引
                "isMultiKey" : true,
                "multiKeyPaths" : {
                    "tags" : [
                        "tags"
                    ]
                },
                "isUnique" : false,
                "isSparse" : false,
                "isPartial" : false,
                "indexVersion" : 2,
                "direction" : "forward",
                "indexBounds" : {
                    "tags" : [
                        "[\"cricket\", \"cricket\"]"
                    ]
                }
            }
        },
        "rejectedPlans" : [ ]
    },
    "serverInfo" : {
        "host" : "ChoodeMacBook-Pro.local",
        "port" : 27017,
        "version" : "3.6.4",
        "gitVersion" : "d0181a711f7e7f39e60b5aeb1dc7097bf6ae5856"
    },
    "ok" : 1
}

以上命令执行结果中会显示已经使用的索引。

索引子文档字段

假设我们需要通过city、state、pincode字段来检索文档，由于这些字段是子文档的字段，所以我们需要对子文档建立索引。

为子文档的三个字段创建索引，命令如下：

> db.users.ensureIndex({"address.city":1,"address.state":1,"address.pincode":1})

一旦创建索引，我们可以使用子文档的字段来检索数据：

> db.users.find({"address.city":"Los Angeles"})

查询表达不一定遵循指定的索引的顺序，mongodb 会自动优化。所以上面创建的索引将支持以下查询：

> db.users.find({"address.state":"California","address.city":"Los Angeles"})

同样支持以下查询：

> db.users.find({"address.city":"LosAngeles","address.state":"California",
 "address.pincode":"123"})

5. MongoDB 索引限制

额外开销

每个索引占据一定的存储空间，在进行插入，更新和删除操作时也需要对索引进行操作。所以，如果你很少对集合进行读取操作，建议不使用索引。

内存(RAM)使用

由于索引是存储在内存(RAM)中,你应该确保该索引的大小不超过内存的限制。
如果索引的大小大于内存的限制，MongoDB会删除一些索引，这将导致性能下降。

查询限制

索引不能被以下的查询使用：

正则表达式及非操作符，如 not, 等。
算术运算符，如 $mod, 等。
$where 子句

所以，检测你的语句是否使用索引是一个好的习惯，可以用explain来查看。

索引键限制

从2.6版本开始，如果现有的索引字段的值超过索引键的限制，MongoDB中不会创建索引。

插入文档超过索引键限制

如果文档的索引字段值超过了索引键的限制，MongoDB不会将任何文档转换成索引的集合。与mongorestore和mongoimport工具类似。

最大范围

集合中索引不能超过64个
索引名的长度不能超过128个字符
一个复合索引最多可以有31个字段

6. MongoDB Map Reduce

Map-Reduce是一种计算模型，简单的说就是将大批量的工作（数据）分解（MAP）执行，然后再将结果合并成最终结果（REDUCE）。
MongoDB提供的Map-Reduce非常灵活，对于大规模数据分析也相当实用。

MapReduce 命令

以下是MapReduce的基本语法：

> db.collection.mapReduce(
 function() {emit(key, value);},  //map 函数
 function(key, values) {return reduceFunction},   //reduce 函数
 {
   out: collection,
   query: document,
   sort: document,
   limit: number
 }
)

使用 MapReduce 要实现两个函数 Map 函数和 Reduce 函数,Map 函数调用emit(key, value), 遍历 collection 中所有的记录, 将 key 与 value 传递给Reduce 函数进行处理。
Map 函数必须调用 emit(key, value) 返回键值对。

参数说明:

map 映射函数 (生成键值对序列,作为 reduce 函数参数)。
reduce 统计函数，reduce函数的任务就是将key-values变成key-value，也就是把values数组变成一个单一的值value。。
out 统计结果存放集合 (不指定则使用临时集合,在客户端断开后自动删除)。
query 一个筛选条件，只有满足条件的文档才会调用map函数。（query。limit，sort可以随意组合）
sort 和limit结合的sort排序参数（也是在发往map函数前给文档排序），可以优化分组机制
limit 发往map函数的文档数量的上限（要是没有limit，单独使用sort的用处不大）

以下实例在集合 orders 中查找 status:"A" 的数据，并根据 cust_id 来分组，并计算 amount 的总和。

[图片上传失败...(image-842060-1540976273964)]

使用 MapReduce

考虑以下文档结构存储用户的文章，文档存储了用户的 user_name 和文章的 status 字段：

// 随机插入一些document
> db.posts.insert({ "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。","user_name": "runoob", "status":"disabled" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "runoob",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "runoob",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "runoob",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "stefanchoo",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "africa",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.posts.insert({  "post_text": "菜鸟教程，最全的技术文档。",  "user_name": "astefanchoo",  "status":"active" })
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
....

现在，我们将在 posts 集合中使用 mapReduce 函数来选取已发布的文章(status:"active")，并通过user_name分组，计算每个用户的文章数：

>  db.posts.mapReduce( 
...  function() { emit(this.user_name,1); }, 
...  function(key, values) {return Array.sum(values)}, 
...  {
...  query:{status:"active"},
...  out:"post_total" 
...  }
... )

以上 mapReduce 输出结果为：

{
    "result" : "post_total",
    "timeMillis" : 165,
    "counts" : {
        "input" : 11,
        "emit" : 11,
        "reduce" : 2,
        "output" : 5
    },
    "ok" : 1
}

结果表明，共有 11 个符合查询条件(status:"active")的文档，在map函数中生成了 5 个键值对文档，最后使用reduce函数将相同的键值分为 2 组。

具体参数说明：

result 储存结果的collection的名字,这是个临时集合，MapReduce的连接关闭后自动就被删除了。
timeMillis 执行花费的时间，毫秒为单位
input 满足条件被发送到map函数的文档个数
emit 在map函数中emit被调用的次数，也就是所有集合中的数据总量
reduce reduce 操作次数
ouput 结果集合中的文档个数（count对调试非常有帮助）
ok 是否成功，成功为1
err 如果失败，这里可以有失败原因，不过从经验上来看，原因比较模糊，作用不大

使用 find 操作符来查看 mapReduce 的查询结果：

> db.posts.mapReduce( 
 function() { emit(this.user_name,1); }, 
 function(key, values) {return Array.sum(values)}, 
 {
   query:{status:"active"},
   out:"post_total" 
 }
).find()

以上查询显示如下结果

{ "_id" : "africa", "value" : 1 }
{ "_id" : "astefanchoo", "value" : 1 }
{ "_id" : "mark", "value" : 4 }
{ "_id" : "runoob", "value" : 4 }
{ "_id" : "stefanchoo", "value" : 1 }

用类似的方式，MapReduce可以被用来构建大型复杂的聚合查询。
Map函数和Reduce函数可以使用 JavaScript 来实现，使得MapReduce的使用非常灵活和强大。

7. MongoDB 正则表达式

正则表达式是使用单个字符串来描述、匹配一系列符合某个句法规则的字符串。
许多程序设计语言都支持利用正则表达式进行字符串操作。
MongoDB 使用 $regex 操作符来设置匹配字符串的正则表达式。

MongoDB使用PCRE (Perl Compatible Regular Expression) 作为正则表达式语言。
不同于全文检索，我们使用正则表达式不需要做任何配置。
考虑以下 posts集合的文档结构，该文档包含了文章内容和标签：

>  {
 "post_text": "enjoy the mongodb articles on runoob",
 "tags": [
 "mongodb",
 "runoob"
 ]
}

使用正则表达式

以下命令使用正则表达式查找包含runoob 字符串的文章：

> db.posts.find({post_text:{$regex:"runoob"}})

以上查询也可以写为：

> db.posts.find({post_text:/runoob/})

不区分大小写的正则表达式

以下命令将查找不区分大小写的字符串 runoob：

> db.posts.find({post_text:{$regex:"runoob",$options:"$i"}})

集合中会返回所有包含字符串 runoob 的数据，且不区分大小写：

> {
 "_id" : ObjectId("53493d37d852429c10000004"),
 "post_text" : "hey! this is my post on  runoob", 
 "tags" : [ "runoob" ]
}

数组元素使用正则表达式

我们还可以在数组字段中使用正则表达式来查找内容。这在标签的实现上非常有用，如果你需要查找包含以 run 开头的标签数据(ru 或 run 或 runoob)，你可以使用以下代码：

> db.posts.find({tags:{$regex:"run"}})

优化正则表达式查询

如果你的文档中字段设置了索引，那么使用索引相比于正则表达式匹配查找所有的数据查询速度更快。
如果正则表达式是前缀表达式，所有匹配的数据将以指定的前缀字符串为开始。例如：如果正则表达式为 ^tut ，查询语句将查找以 tut 为开头的字符串。

这里面使用正则表达式有两点需要注意：

正则表达式中使用变量。一定要使用eval将组合的字符串进行转换，不能直接将字符串拼接后传入给表达式。否则没有报错信息，只是结果为空！实例如下：

> var name=eval("/" + 变量值key +"/i");

以下是模糊查询包含title关键词, 且不区分大小写:

title:eval("/"+title+"/i")    // 等同于 title:{$regex:title,$Option:"$i"}

8. MongoDB自动增长

MongoDB 没有像 SQL 一样有自动增长的功能， MongoDB 的 _id 是系统自动生成的12字节唯一标识。

可以使用编程的方式实现id自增长

使用 counters 集合

创建 counters 集合，序列字段值可以实现自动长：

> db.createCollection("counters")

现在我们向 counters 集合中插入以下文档，使用 productid 作为 key:

{
 "_id":"productid",
 "sequence_value": 0
}

sequence_value字段是序列通过自动增长后的一个值。

使用以下命令插入 counters集合的序列文档中：

> db.counters.insert({_id:"productid",sequence_value:0})

创建 Javascript 函数

现在，我们创建函数 getNextSequenceValue 来作为序列名的输入，指定的序列会自动增长 1 并返回最新序列值。在本文的实例中序列名为 productid 。

> function getNextSequenceValue(sequenceName){
 var sequenceDocument = db.counters.findAndModify(
 {
 query:{_id: sequenceName },
 update: {$inc:{sequence_value:1}},
 "new":true
 });
 return sequenceDocument.sequence_value;
}

使用 Javascript 函数

接下来我们将使用 getNextSequenceValue 函数创建一个新的文档，并设置文档 _id 自动为返回的序列值：

> db.products.insert({
 "_id":getNextSequenceValue("productid"),
 "product_name":"Apple iPhone",
 "category":"mobiles"})

> db.products.insert({
 "_id":getNextSequenceValue("productid"),
 "product_name":"Samsung S3",
 "category":"mobiles"})

就如你所看到的，我们使用 getNextSequenceValue 函数来设置 _id 字段。

为了验证函数是否有效，我们可以使用以下命令读取文档，发现 _id 字段是自增长的：

> db.products.find()
{"_id" : 1, "product_name" : "Apple iPhone", "category" : "mobiles"}
{ "_id" : 2, "product_name" : "Samsung S3", "category" : "mobiles"}

MongoDB入门教程05