三分钟带你快速了解MongoDB是什么及其相关基础概念

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前言

为了巩固所学的知识，作者尝试着开始发布一些学习笔记类的博客，方便日后回顾。当然，如果能帮到一些萌新进行新技术的学习那也是极好的。作者菜菜一枚，文章中如果有记录错误，欢迎读者朋友们批评指正。
（博客的参考源码以及可以在我主页的资源里找到，如果在学习的过程中有什么疑问欢迎大家在评论区向我提出）

1. MongoDB简介

• MongoDB是一个开源、高性能、无模式的文档型数据库，当初的设计就是用于简化开发和方便扩展，是NoSQL数据库产品中的一种。是最像关系型数据库（MySQL）的非关系型数据库。
• 它支持的数据结构非常松散，是一种类似于 JSON 的 格式叫BSON，所以它既可以存储比较复杂的数据类型，又相当的灵活。
• MongoDB中的记录是一个文档，它是一个由字段和值对（field:value）组成的数据结构。-MongoDB文档类似于JSON对象，即一个文档认为就是一个对象。字段的数据类型是字符型，它的值除了使用基本的一些类型外，还可以包括其他文档、普通数组和文档数组。

2. 业务应用场景

1. 传统的关系型数据库（如MySQL），在数据操作的“三高”需求以及应对Web2.0的网站需求面前，显得力不从心，解释：“三高”需求如下：

• High performance ---- 对数据库高并发读写的需求。
• Huge Storage ---- 对海量数据的高效率存储和访问的需求。
• High Scalability && High Availability ---- 对数据库的高可扩展性和高可用性的需求。

2. 而MongoDB可应对“三高”需求,具体的应用场景如：

• 社交场景，使用 MongoDB 存储存储用户信息，以及用户发表的朋友圈信息，通过地理位置索引实现附近的人、地点等功能。
• 游戏场景，使用 MongoDB 存储游戏用户信息，用户的装备、积分等直接以内嵌文档的形式存储，方便查询、高效率存储和访问。
• 物流场景，使用 MongoDB 存储订单信息，订单状态在运送过程中会不断更新，以 MongoDB 内嵌数组的形式来存储，一次查询就能将
  订单所有的变更读取出来。
• 物联网场景，使用 MongoDB 存储所有接入的智能设备信息，以及设备汇报的日志信息，并对这些信息进行多维度的分析。
• 视频直播，使用 MongoDB 存储用户信息、点赞互动信息等。

3. 这些应用场景中，数据操作方面的共同特点是：

• 数据量大
• 写入操作频繁（读写都很频繁）
• 价值较低的数据，对事务性要求不高

对于这样的数据，我们更适合使用MongoDB来实现数据的存储。

4. 什么时候选择MongoDB

• 在架构选型上，除了上述的三个特点外，如果你还犹豫是否要选择它？可以考虑以下的一些问题：

1. 应用不需要事务及复杂 join 支持
2. 新应用，需求会变，数据模型无法确定，想快速迭代开发
3. 应用需要2000-3000以上的读写QPS（更高也可以）
4. 应用需要TB甚至 PB 级别数据存储
5. 应用发展迅速，需要能快速水平扩展
6. 应用要求存储的数据不丢失
7. 应用需要99.999%高可用
8. 应用需要大量的地理位置查询、文本查询

• 如果上述有1个符合，可以考虑 MongoDB，2个及以上的符合，选择 MongoDB 是比较合适的

3. 体系结构

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
嵌入文档	MongoDB通过嵌入式文档来替代多表连接
primary key	primary key	主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键

4. 数据模型

• MongoDB的最小存储单位就是文档(document)对象。文档(document)对象对应于关系型数据库的行。数据在MongoDB中以BSON（Binary-JSON）文档的格式存储在磁盘上。
• BSON（Binary Serialized Document Format）是一种类json的一种二进制形式的存储格式，简称Binary JSON。BSON和JSON一样，支持内嵌的文档对象和数组对象，但是BSON有JSON没有的一些数据类型，如Date和BinData类型。
• BSON采用了类似于 C 语言结构体的名称、对表示方法，支持内嵌的文档对象和数组对象，具有轻量性、可遍历性、高效性的三个特点，可以有效描述非结构化数据和结构化数据。这种格式的优点是灵活性高，但它的缺点是空间利用率不是很理想。
• Bson中，除了基本的JSON类型：string,integer,boolean,double,null,array和object，mongo还使用了特殊的数据类型。这些类型包括date,object id,binary data,regular expression 和code。每一个驱动都以特定语言的方式实现了这些类型，查看你的驱动的文档来获取详细信息。
• BSON数据类型参考列表

数据类型	描述	举例
字符串	UTF-8字符串都可表示为字符串类型的数据	{“x” : “foobar”}
对象id	对象id是文档的12字节的唯一ID	{“x” :objectld}
布尔值	真或者假: true或者false	{“x”:true}+
数组	值的集合或者列表可以表示成数组	{“x” : [“a”, “b”"c]}
32位整数	类型不可用。JavaScript仅支持64位浮点数，所以32位整数会被自动转换	shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数
64位整数	不支持这个类型。shell会使用一个特殊的内嵌文档来显示64位	shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数
64位浮点数	shell中的数字就是这一种类型	{“x” : 3.14159 ,“y” : 3)
null	表示空值或者未定义的对象	{“x”:null}
undefined	文档中也可以使用未定义类型	{“x”:undefined}
符号	shell不支持，shell会将数据库中的符号类型的数据自动转换成字符串
正则表达式	文档中可以包含正则表达式，采用lavascript的正则表达式语法	{”x”:/foobar/i}
代码	文档中还可以包含lavaScript代码	{“x”: function() {/* … */ x}}
进制数据	进制数据可以由任意字节的串组成，不过shell中无法使用
最大值/最小值	BSON包括一个特殊类型，表示可能的最大值。shell中没有这个类型

提示： shell默认使用64位浮点型数值。{“x”：3.14}或{“x”：3}。对于整型值，可以使用NumberInt（4字节符号整数）或NumberLong（8字节符号整数），{“x”:NumberInt(“3”)}{“x”:NumberLong(“3”)}

5. MongoDB的特点

• 高性能：

1. MongoDB提供高性能的数据持久性。特别是对嵌入式数据模型的支持减少了数据库系统上的I/O活动
2. 索引支持更快的查询，并且可以包含来自嵌入式文档和数组的键。（文本索引解决搜索的需求、TTL索引解决历史数据自动过期的需求、地理位置索引可用于构建各种 O2O 应用）
3. mmapv1、wiredtiger、mongorocks（rocksdb）、in-memory 等多引擎支持满足各种场景需求
4. Gridfs解决文件存储的需求

• 高可用性：

MongoDB的复制工具称为副本集（replica set），它可提供自动故障转移和数据冗余。

• 高扩展性：

1. MongoDB提供了水平可扩展性作为其核心功能的一部分
2. 分片将数据分布在一组集群的机器上（海量数据存储，服务能力水平扩展）
3. 从3.4开始，MongoDB支持基于片键创建数据区域。在一个平衡的集群中，MongoDB将一个区域所覆盖的读写只定向到该区域内的那些片

• 丰富的查询支持：

MongoDB支持丰富的查询语言，支持读和写操作(CRUD)，比如数据聚合、文本搜索和地理空间查询等

• 其他特点：如无模式（动态模式）、灵活的文档模型

总结

欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注,点赞，收藏支持一下。
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