MongoDB 的 GridFS 详细分析

GridFS简介

GridFS是MongoDB中的一个内置功能，可以用于存放大量小文件。

http://www.mongodb.org/display/DOCS/GridFS

http://www.mongodb.org/display/DOCS/GridFS+Specification

GridFS使用

MongoDB提供了一个命令行工具mongofiles可以来处理GridFS，在bin目录下。

列出所有文件：

mongofiles list

上传一个文件：

mongofiles put xxx.txt

下载一个文件：

mongofiles get xxx.txt

查找文件：

mongofiles search xxx    //会查找所有文件名中包含“xxx”的文件

mongofiles list xxx //会查找所有文件名以“xxx”为前缀的文件

参数说明：

–d 指定数据库 ，默认是fs，Mongofiles list –d testGridfs

-u –p 指定用户名，密码

-h  指定主机

-port 指定主机端口

-c 指定集合名，默认是fs

-t 指定文件的MIME类型，默认会忽略

使用MongoVUE来查看，管理GridFS

MongoVUE地址：http://www.mongovue.com/

MongoVUE是个免费软件，但超过15天后功能受限。可以通过删除以下注册表项来解除限制：

[HKEY_CURRENT_USER\Software\Classes\CLSID\{B1159E65-821C3-21C5-CE21-34A484D54444}\4FF78130]

把这个项下的值全删掉就可以了。

用java驱动上传下载文件：

下载地址：https://github.com/mongodb/mongo-java-driver/downloads

官方的文档貌似不是最新的，不过通过查看api来使用也不困骓。

http://api.mongodb.org/java/2.7.2/

以下代码基于mongo-2.7.3.jar

001 import java.io.FileInputStream;
002 import java.io.IOException;
003 import java.io.InputStream;
004 import java.net.UnknownHostException;
005 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
006
007 import com.mongodb.BasicDBObject;
008 import com.mongodb.DB;
009 import com.mongodb.DBCollection;
010 import com.mongodb.DBObject;
011 import com.mongodb.Mongo;
012 import com.mongodb.MongoException;
013 import com.mongodb.gridfs.GridFS;
014 import com.mongodb.gridfs.GridFSDBFile;
015 import com.mongodb.gridfs.GridFSInputFile;
016
017 public class Test {
018     Mongo connection;
019     DB db;
020     DBCollection collection;
021     GridFS myFS;
022
023     String mongoDBHost = "127.0.0.1";
024     int mongoDBPort = 27017;
025     String dbName = "testGridfs";
026     String collectionName = "fs";
027
028     public static void main(String[] args) throws MongoException, IOException, NoSuchAlgorithmException {
029         Test t = new Test();
030
031         String fileName = "F:/CPU.txt";
032         String name = "CPU.txt";
033
034         //把文件保存到gridfs中，并以文件的md5值为id
035         t.save(new FileInputStream(fileName), name);
036
037         //据文件名从gridfs中读取到文件
038
039         GridFSDBFile gridFSDBFile = t.getByFileName(name);
040         if(gridFSDBFile != null){
041             System.out.println("filename:" + gridFSDBFile.getFilename());
042             System.out.println("md5:" + gridFSDBFile.getMD5());
043             System.out.println("length:" + gridFSDBFile.getLength());
044             System.out.println("uploadDate:" + gridFSDBFile.getUploadDate());
045
046             System.out.println("--------------------------------------");
047             gridFSDBFile.writeTo(System.out);
048         }else{
049             System.out.println("can not get file by name:" + name);
050         }
051     }
052
053     public Test() throws UnknownHostException, MongoException, NoSuchAlgorithmException {
054         _init();
055     }
056
057
058     public Test(String mongoDBHost, int mongoDBPort, String dbName,
059             String collectionName) throws UnknownHostException, MongoException, NoSuchAlgorithmException {
060         this.mongoDBHost = mongoDBHost;
061         this.mongoDBPort = mongoDBPort;
062         this.dbName = dbName;
063         this.collectionName = collectionName;
064         _init();
065     }
066
067
068     private void _init() throws UnknownHostException, MongoException, NoSuchAlgorithmException{
069         connection = new Mongo(mongoDBHost, mongoDBPort);
070         db = connection.getDB(dbName);
071         collection = db.getCollection(collectionName);
072         myFS = new GridFS(db);
073     }
074
075     /**
076      * 用给出的id，保存文件，透明处理已存在的情况
077      * id 可以是string，long，int，org.bson.types.ObjectId 类型
078      * @param in
079      * @param id
080      */
081     public void save(InputStream in, Object id){
082         DBObject query  = new BasicDBObject("_id", id);
083         GridFSDBFile gridFSDBFile = myFS.findOne(query);
084
085         if(gridFSDBFile != null)
086             return;
087
088         GridFSInputFile gridFSInputFile = myFS.createFile(in);
089         gridFSInputFile.save();
090         return;
091     }
092
093     /**
094      * 据id返回文件
095      * @param id
096      * @return
097      */
098     public GridFSDBFile getById(Object id){
099         DBObject query  = new BasicDBObject("_id", id);
100         GridFSDBFile gridFSDBFile = myFS.findOne(query);
101         return gridFSDBFile;
102     }
103
104     /**
105      * 据文件名返回文件，只返回第一个
106      * @param fileName
107      * @return
108      */
109     public GridFSDBFile getByFileName(String fileName){
110         DBObject query  = new BasicDBObject("filename", fileName);
111         GridFSDBFile gridFSDBFile = myFS.findOne(query);
112         return gridFSDBFile;
113     }
114 }

nginx-gridfs模块的安装使用

项目主页：https://github.com/mdirolf/nginx-gridfs

通过nginx-gridfs，可以直接用http来访问GridFS中的文件。

1. 安装

安装各种依赖包：zlib，pcre，openssl

在ubuntu下可能是以下命令：

sudo apt-get install zlib1g-dev            //貌似sudo apt-get install zlib-dev 不能安装

sudo apt-get install libpcre3 libpcre3-dev

sudo apt-get install openssl libssl-dev

安装git（略）

用git下载nginx-gridfs的代码：

git clone git://github.com/mdirolf/nginx-gridfs.git

    cd nginx-gridfs

    git submodule init

    git submodule update

下载nginx：

wget http://nginx.org/download/nginx-1.0.12.zip

tar zxvf nginx-1.0.12.zip

cd nginx-1.0.12

 ./configure --add-module=<nginx-gridfs的路径>

make

sudo make install

如果编译出错，则在configure时加上--with-cc-opt=-Wno-error 参数。

2. 配置nginx

在server的配置中加上以下

   location /pics/ {

                gridfs pics

                field=filename

                type=string;

                mongo 127.0.0.1:27017;

        }

上面的配置表示：

数据库是pics，通过文件名filename来访问文件，filename的类型是string

目前只支持通过id和filename来访问文件。

启动nginx：/usr/local/nginx/sbin/nginx

用MongoVUE把一个图片001.jpg上传到pics数据库中。

打开：http://localhost/pics/001.jpg

如果成功，则可以看到显示图片了。

3. nginx-gridfs的不足

没有实现http的range support，也就是断点续传，分片下载的功能。

GridFS实现原理

GridFS在数据库中，默认使用fs.chunks和fs.files来存储文件。

其中fs.files集合存放文件的信息，fs.chunks存放文件数据。

一个fs.files集合中的一条记录内容如下，即一个file的信息如下：

01 {
02 "_id" : ObjectId("4f4608844f9b855c6c35e298"),       //唯一id，可以是用户自定义的类型
03 "filename" : "CPU.txt",      //文件名
04 "length" : 778,      //文件长度
05 "chunkSize" : 262144,    //chunk的大小
06 "uploadDate" : ISODate("2012-02-23T09:36:04.593Z"), //上传时间
07 "md5" : "e2c789b036cfb3b848ae39a24e795ca6",      //文件的md5值
08 "contentType" : "text/plain"     //文件的MIME类型
09 "meta" : null    //文件的其它信息，默认是没有”meta”这个key，用户可以自己定义为任意BSON对象
10 }

对应的fs.chunks中的chunk如下：

1 {
2 "_id" : ObjectId("4f4608844f9b855c6c35e299"),    //chunk的id
3 "files_id" : ObjectId("4f4608844f9b855c6c35e298"),  //文件的id，对应fs.files中的对象，相当于fs.files集合的外键
4 "n" : 0,     //文件的第几个chunk块，如果文件大于chunksize的话，会被分割成多个chunk块
5 "data" : BinData(0,"QGV...")     //文件的二进制数据，这里省略了具体内容
6 }

默认chunk的大小是256K。

public static final int DEFAULT_CHUNKSIZE = 256 * 1024;

所以在把文件存入到GridFS过程中，如果文件大于chunksize，则把文件分割成多个chunk，再把这些chunk保存到fs.chunks中，最后再把文件信息存入到fs.files中。

在读取文件的时候，先据查询的条件，在fs.files中找到一个合适的记录，得到“_id”的值，再据这个值到fs.chunks中查找所有“files_id”为“_id”的chunk，并按“n”排序，最后依次读取chunk中“data”对象的内容，还原成原来的文件。

自定义Gridfs的hash函数

尽管从理论上，无论用什么hash函数，都有可能出现hash值相同，但内容不相同的文件，但是对于GridFS默认使用的md5算法，目前已出现长度和md5值都相同但内容不一样的文件。

如果想要自已改用其它hash算法，可以从驱动入手。因为GridFS在MongoDB中实际也只是两个普通的集合，所以完全可以自已修改驱动，替换下hash算法即可。

目前java版的驱动比较简单，可以很容易修改实现。

但是要注意，这样不符合GridFS的规范了。

注意事项

1. GridFS不自动处理md5相同的文件，对于md5相同的文件，如果想在GridFS中只有一个存储，要用户自已处理。Md5值的计算由客户端完成。

2. 因为GridFS在上传文件过程中是先把文件数据保存到fs.chunks，最后再把文件信息保存到fs.files中，所以如果在上传文件过程中失败，有可能在fs.chunks中出现垃圾数据。这些垃圾数据可以定期清理掉。