36.MongoDB总结

数据存储 > 数据库 > MongoDB 数据存储数据库 MongoDB

发布时间 : 2025-02-24 01:53

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36.总结
1. 36.1 核心要点速览

36.总结

36.1 核心要点速览

SQL 和 NoSQL

对比维度	SQL	NoSQL
数据模型	- 表格（行×列） - 固定模式（Schema）	- 文档（JSON/BSON）、键值、列族、图 - 动态模式，灵活
查询语言	- 标准化 SQL - 支持复杂查询、聚合、联表	- 各自接口（如 MongoDB 查询、Redis GET） - 依赖具体实现
事务支持	- 完整 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）	- 通常“最终一致” - 部分产品支持限域事务
性能	- 优化后复杂联表与事务性能优 - 适合结构化查询	- 高并发、低延迟 - 大规模水平扩展
适用场景	- 金融、电商等高一致性需求 - 复杂关系建模	- 日志、社交、物联网等半/非结构化数据 - 高吞吐缓存
优势	- 生态成熟、工具丰富 - 数据完整性高	- 扩展性强、灵活性高 - 支持多样数据模型
局限	- 模式固定、扩展复杂 - 海量并发场景受限	- 标准化查询缺失 - 复杂事务与关联查询能力弱

NoSQL 类型对比

类型	代表工具	主要优点	主要缺点
键值存储	Redis、Memcached、DynamoDB	- 超高性能 - 简单模型 - 易水平扩展	- 仅键值对 - 无复杂查询 - 一致性风险
列式存储	HBase、Cassandra、Bigtable	- 列级压缩高效 - OLAP 分析优	- 写入与更新慢 - 全表/多列查询低效
文档存储	MongoDB、CouchDB、Couchbase	- 结构灵活 - 水平扩展 - 强查询功能	- 事务与一致性弱 - 复杂建模难

MongoDB下载安装

步骤

获取安装包
- 官方下载页获取 Community Edition
- 可选格式：msi（向导式安装）、zip（便携解压）、Docker 镜像
安装流程
- 对于 msi：一路“Next”完成
- 对于 zip：解压后手动配置环境变量
- 对于 Docker：拉取镜像并运行容器
服务运行账户
- Network Service user：Windows 内置低权限账户，安全风险最小
- Local User / Domain User：自定义账户，可精细控制文件与网络访问
- 仅影响操作系统层面权限，不改动数据库内部用户认证
可选组件
- MongoDB Compass：官方 GUI 可视化管理工具，命令行不熟悉者推荐
- 可根据需求勾选，无需强制安装
安装后验证
- 打开“服务”窗口，确认 “MongoDB” 服务存在且设为“自动”启动

安装选项对比表

安装环节	可选项	适用场景与说明
安装包类型	`msi` `zip` `Docker`	向导安装 / 便携版 / 容器化部署
服务账户	Network Service user Local/Domain User	内置低权限 / 自定义权限，适合不同安全与企业环境需求
GUI 管理工具	MongoDB Compass	图形界面管理，适合不熟悉命令行的用户
安装验证	Windows 服务管理	确认 “MongoDB” 服务已安装、启动类型为“自动”

MongoDB配置文件

配置文件类型
- mongod.cfg（Windows 安装向导生成）
- mongod.conf（Linux/macOS 原生，Windows 亦可）
文件格式对比
- Key-Value：安装程序生成，格式简单
- YAML：官方推荐，结构清晰，便于维护
常用配置项
- systemLog：日志路径与方式
- storage：数据目录与存储引擎
- net：绑定 IP 与端口
- security：开启授权认证
- processManagement：守护进程与 PID 文件
生效方式
- 配置文件：mongod --config /path/to/mongod.conf
- 命令行：--dbpath, --logpath, --bind_ip, --port, --auth 等

配置文件	默认平台	格式	适用场景
mongod.cfg	Windows	Key-Value	安装向导生成的简易配置
mongod.conf	Linux/macOS(*)	YAML	官方推荐，易于扩展维护

配置项	作用	常见字段示例
systemLog	日志输出位置与模式	`destination`, `path`
storage	数据目录与存储引擎选项	`dbPath`
net	网络绑定地址与监听端口	`bindIp`, `port`
security	用户认证与授权	`authorization: enabled`
processManagement	守护进程模式与 PID 文件	`fork`, `pidFilePath`

MongoDB相关工具

官方工具
- mongosh：命令行交互，脚本与自动化管理
- Compass：GUI 可视化，拖拽式查询与分析
第三方工具示例
- Robo 3T / Studio 3T：增强型界面与导出功能
- DbGate：跨 DB 多引擎统一管理
CLI 使用流程
- 下载并解压或安装
- 启动工具后输入连接字符串
- 常用命令：show dbs、use <db>、show collections、db.collection.insertOne()

工具名称	类型	主要用途
mongosh	CLI	脚本化管理，自动化操作
Compass	GUI	可视化数据浏览、查询与性能分析
Robo 3T	GUI	轻量级图形界面，支持多种导出与插件
DbGate	GUI/多引擎	多数据库统一管理，支持自定义查询与插件安装

MongoDB连接和启用认证

连接字符串格式
- mongodb://<user>:<pwd>@<host>:<port>/<db>?options
- 特殊字符需 URL 编码（@ → %40，/ → %2F，: → %3A，? → %3F）
常用选项
- authSource、retryWrites、w、ssl、connectTimeoutMS、maxPoolSize…
启用认证步骤
- 在配置文件或启动参数中开启 authorization: enabled 或 --auth
- 用命令行连接到 admin 库，db.createUser(...) 创建管理员
- 优雅停服：db.adminCommand({ shutdown: 1 }) 或系统服务命令
- 重启带认证的服务，使用带凭证的连接字符串重新连接

步骤	方式	示例命令/字段
开启认证	配置文件 / 参数	`security.authorization: enabled` `--auth`
创建管理员	mongosh	`use admin` `db.createUser({...})`
优雅关闭	mongosh / 系统服务	`db.adminCommand({ shutdown: 1 })` `net stop MongoDB`
重启服务并连接	配置文件 / 参数 + URI	`mongod --config ...` `mongodb://user:pwd@...`

MongoDB的ObjectID

定义与作用
- 默认主键类型，12 字节 BSON，用于全局唯一标识文档
- 十六进制字符串（24 字符）表现
组成结构
- 时间戳（4 字节）：秒级 Unix 时间，保证排序性
- 机器标识（3 字节）：主机唯一哈希，区分节点
- 进程 ID（2 字节）：区分同机多进程生成
- 随机计数器（3 字节）：同时间内递增，防止冲突
核心特性
- 全局唯一性：组合信息确保不同环境无重复
- 时间可提取：getTimestamp() 可还原创建时刻
- 存储高效：仅 12 字节，比 UUID 更节省空间
常见用法
- 默认生成：插入文档时自动赋值
- 查询筛选：find({ _id: ObjectId(...) })
- 手动生成：var id = ObjectId()
- 获取创建时间：ObjectId("…").getTimestamp()

组成部分	字节数	主要用途
时间戳	4	保证生成顺序与时间关联
机器标识	3	区分不同主机
进程 ID	2	区分同机不同进程
随机计数器	3	同秒内生成唯一性

MongoDB插入

insertOne（单条插入）
- 语法：db.collection.insertOne(document, options)
- 自动生成 _id（若未指定），或使用自定义 _id
- 可选 writeConcern、bypassDocumentValidation 等
- 返回 { acknowledged: true, insertedId: <_id> }
insertMany（批量插入）
- 语法：db.collection.insertMany([doc1, doc2, …], options)
- 一次插入多条文档
- 返回 { acknowledged: true, insertedIds: […] }
冲突处理
- 若指定的 _id 已存在，抛出 MongoServerError: E11000 duplicate key error
- 可在应用层捕获并处理，或改用 upsert 等方式
insertOne vs. insertMany 对比

操作	场景	参数	返回值	注意事项
insertOne	单文档写入	`document`, `options`	`{ acknowledged, insertedId }`	`_id` 自动/手动，冲突报错
insertMany	批量写入	`Array<document>`, `options`	`{ acknowledged, insertedIds }`	默认所有或全部失败（可配置）

MongoDB查询

MongoDB基础查询

方法：db.collection.find(query, projection)
常见操作：
- 等于 $eq、不等 $ne、大于 $gt、小于 $lt、…
- 字段存在 $exists、类型匹配 $type

示例：

db.users.find({ age: { $gte: 25 } }, { name: 1 })

操作	语法	说明
等于	`{ age: 25 }`	age 精确匹配 25
范围查询	`{ age: { $gt:25, $lt:30 } }`	age 在 (25,30) 之间
字段存在	`{ score: { $exists:true } }`	仅返回含有 score 字段的
类型匹配	`{ age: { $type:"int" } }`	age 必须为整数

MongoDB数组查询和嵌套字段查询

数组查询
- $in / $nin：包含或不包含指定元素
- $elemMatch：数组中元素级条件
嵌套字段
- 点语法 "bag.index":value 或范围查询 { "bag.index":{ $gt:0 }}

db.users.find({ lessons:{ $in:[1,4] } })
db.users.find({ "bag.index":1 })

功能	操作符	作用
包含任一元素	`{ lessons:{ $in:[…] }}`	数组含指定元素
排除某些元素	`{ lessons:{ $nin:[…] }}`	数组不含指定元素
元素条件匹配	`{ lessons:{ $elemMatch:{ $gt:2 }}}`	数组中存在大于 2 的元素
嵌套字段精确	`{ "bag.index":1 }`	精确匹配子文档字段

MongoDB多条件查询

AND（隐式）：多个字段同级条件
OR：{ $or:[cond1,cond2] }
复合：AND + $or

db.users.find({ age:25, $or:[{name:"T1"},{name:"T2"}] })

查询类型	语法	示例
AND	`{ a:1, b:2 }`	同时满足 a=1 且 b=2
OR	`{ $or:[{a:1},{b:2}] }`	a=1 或 b=2
组合查询	`{ c:3, $or:[…] }`	c=3 且 (a=1 或 b=2)

MongoDB指定字段查询

Projection：第二参数 { field:1 } 包含，{ field:0 } 排除
**默认返回 _id**，可显式 { _id:0 }
支持嵌套字段：{ "bag.index":1 }

db.users.find({}, { name:1, age:1, _id:0 })

方式	语法	说明
包含字段	`{ name:1, age:1 }`	仅返回 name 和 age
排除字段	`{ age:0 }`	返回所有字段但不包括 age
排除 `_id`	`{ _id:0 }`	不返回 `_id`

MongoDB模糊查询

**正则 $regex**：字符串模式匹配
忽略大小写：$options:"i"
常用模式：^、$、.、*、[]、|

db.users.find({ name:{ $regex:"^T", $options:"i" } })

场景	语法	说明
包含子串	`{ name:{ $regex:"Ta" }}`	匹配包含 “Ta”
开头匹配	`{ name:{ $regex:"^T" }}`	以 T 开头
结尾匹配	`{ name:{ $regex:"2$" }}`	以 2 结尾
忽略大小写	`{ name:{ $regex:"t", $options:"i" }}`	不区分大小写

MongoDB排序查询

**.sort({ field:1|-1 })**：1 升序，-1 降序
支持多字段：按字段顺序依次排序

db.users.find().sort({ age:1, name:-1 })

排序方式	语法	说明
单字段升序	`{ age:1 }`	age 从小到大
单字段降序	`{ age:-1 }`	age 从大到小
多字段排序	`{ age:1, name:-1 }`	age 再 name

MongoDB分页查询

**skip(n).limit(m)**：跳过 n，取 m 条
游标分页：{ _id:{ $gt:lastId }} + limit
排序分页：结合 .sort() + skip/limit

db.users.find().skip(10).limit(5)
db.users.find({ _id:{ $gt:objId } }).limit(5)

方法	优缺点	用例
skip/limit	简单；大量 skip 性能差	小数据量分页
游标分页	高效；依赖递增键；不支持随机页	大数据集连续翻页
排序分页	指定顺序，结合 skip/limit 使用	需按特定字段分页

MongoDB聚合查询概念

Aggregation Pipeline：管道阶段数组
每阶段输入→处理→输出
典型阶段：$match, $group, $sort, $limit, $project

MongoDB过滤文档聚合查询

**$match**：在管道中做过滤
与 find 条件一致，但可与后续阶段组合

db.collection.aggregate([ { $match:{ age:{ $gt:25 } } } ])

操作符	用途	示例
`$match`	文档过滤	`{ $match:{ status:"A" } }`

MongoDB分组聚合查询

**$group**：类似 SQL GROUP BY
_id 定义分组键，可用聚合表达式计算
常用累加器：$sum,$avg,$max,$min,$push,$addToSet

db.sales.aggregate([
  { $group:{ _id:"$item", total:{ $sum:"$quantity" } } }
])

累加器	功能	示例
`$sum`	求和	`{ totalQty:{ $sum:"$qty" } }`
`$avg`	平均值	`{ avgPrice:{ $avg:"$price" } }`
`$push`	收集为数组	`{ allQty:{ $push:"$qty" } }`

MongoDB排序聚合查询

**$sort**：管道内排序
用法同 .sort()

db.students.aggregate([ { $sort:{ score:-1, age:1 } } ])

排序符号	含义
`1`	升序
`-1`	降序

MongoDB分页聚合查询

**$skip + $limit**：管道内分页
先 $sort 再跳过再限制

db.students.aggregate([
  { $sort:{ age:1 } },
  { $skip:5 },
  { $limit:5 }
])

阶段	描述
`$skip`	跳过指定文档数
`$limit`	限制返回文档数

MongoDB索引

索引概念

用于加速查询，基于 B-tree 结构
全表扫描 → 索引查询：查找复杂度从 O(n) 降至 O(log n)
建立索引会增加存储空间和写入开销，需权衡查询性能与写入成本

单字段索引

针对单个字段创建升序（1）或降序（−1）索引
语法：db.coll.createIndex({ field: 1 })
自动应用于 _id 字段，用户可自定义，如 { age: 1 }
支持覆盖索引：仅访问索引即可返回结果

复合索引

多字段组合索引，字段顺序决定前缀匹配能力
语法：db.coll.createIndex({ a:1, b:-1 })
优化多字段查询与排序
只能利用最左前缀，如索引 {a,b,c} 能加速查询 {a,…}、{a,b,…} 与 {a,b,c}

文本索引

全文搜索，跨多字段，用于$text查询
语法：db.coll.createIndex({ title:"text", content:"text" })
支持短语搜索、排除词（-word）、相关性评分、权重设置
支持多语言与自定义停用词

哈希索引

基于字段值的哈希，适合等值查询
语法：db.coll.createIndex({ key:"hashed" })
不支持范围查询或排序，只用于精确匹配

地理空间索引

2d：平面坐标（XY）索引；2dsphere：球面（经纬度）索引
语法：db.coll.createIndex({ loc:"2dsphere" })
支持 $near、$geoWithin、$centerSphere 等地理查询

稀疏索引

仅索引包含该字段的文档，忽略字段缺失文档
语法：db.coll.createIndex({ f:1 }, { sparse:true })
节省空间，适合字段偶尔存在场景
与唯一索引结合可对部分文档做唯一约束

唯一索引

保证索引字段值或字段组合唯一
语法：db.coll.createIndex({ email:1 }, { unique:true })
防止重复数据，可在单字段或复合字段上应用

部分索引

基于 partialFilterExpression 只为符合条件的文档建索引
语法：db.coll.createIndex({ f:1 }, { partialFilterExpression:{ status:"A" } })
更灵活替代稀疏索引，节省空间并优化特定查询

操作对比

索引类型	创建语法	适用场景	支持特点	限制
单字段索引	`{ field:1 }`	单字段查询、排序	覆盖索引	写入开销、所有文档均有索引条目
复合索引	`{ a:1, b:-1 }`	多字段筛选与排序	前缀匹配	字段顺序敏感
文本索引	`{ f:"text", g:"text" }`	全文搜索、短语、相关性排序	多字段、权重、多语言、停用词	字段类型限于字符串
哈希索引	`{ field:"hashed" }`	精确值查询	等值查找高效	不支持范围/排序
地理空间索引	`{ loc:"2d" }` / `{ loc:"2dsphere" }`	位置搜索、地图应用	支持多种地理操作符	数据格式需 GeoJSON 或平面坐标
稀疏索引	`{ f:1 }, { sparse:true }`	字段偶尔存在、减少无用索引条目	只索引存在字段的文档	不索引缺失字段文档
唯一索引	`{ f:1 }, { unique:true }`	防止重复值	单字段或复合字段唯一性	创建前需清理重复数据
部分索引	`{ f:1 }, { partialFilterExpression: {...} }`	特定条件优化	灵活过滤条件	仅对符合条件文档索引

MongoDB更新

首条更新 (`updateOne`)

针对匹配的第一条文档执行更新
使用更新操作符：$set（设置/新增字段）、$inc（增减数值）、$unset（删除字段）等
支持 upsert:true（无匹配时插入新文档）
常见选项：writeConcern（写入确认）、collation（排序规则）

多条更新 (`updateMany`)

针对所有匹配文档批量执行更新
同样使用更新操作符，可组合多种如 $set、$unset、$inc
支持 upsert、arrayFilters（针对嵌套数组元素）、hint（指定索引）
适用于：批量状态修改、计数器更新、数据清理

替换更新 (`replaceOne`)

用完整新文档替换匹配的第一条文档
替换文档必须包含所有必需字段（尤其是 _id）
不能使用 $ 操作符，选项支持 upsert、collation、writeConcern
适用于：需要保证文档结构一致、一次性覆盖所有字段的场景

操作对比

操作	更新范围	使用方式	文档保留	支持 Upsert	覆盖方式
updateOne	第一条匹配文档	使用更新操作符（如 `$set`, `$inc`）	只改动指定字段	是	局部字段更新
updateMany	所有匹配文档	同 `updateOne`	只改动指定字段	是	局部字段更新
replaceOne	第一条匹配文档	提供完整替换文档（无更新操作符）	删除未包含字段	是	整个文档被新文档覆盖

MongoDB删除

deleteOne

删除匹配的第一条文档
语法：db.collection.deleteOne(filter, { collation })
不返回被删文档
只会删除第一个符合条件的，操作不可撤销

deleteMany

删除所有匹配文档
语法：db.collection.deleteMany(filter, { collation })
不返回被删文档
留空条件 ({}) 会清空整个集合

findOneAndDelete

查找并删除第一条匹配文档，同时返回它
语法：db.collection.findOneAndDelete(filter, { sort, projection, collation })
返回被删文档，便于后续处理
可配合 sort 决定优先删除哪条

drop

删除整个集合及其索引
语法：db.collection.drop()
一次性移除集合，无法恢复

remove (弃用)

旧版删除方法，不推荐
语法：db.collection.remove(filter, { justOne })
功能已被 deleteOne/deleteMany 取代

操作对比

操作	删除范围	返回被删文档	典型场景
deleteOne	第一条匹配文档	否	删除某个条件下的单条记录
deleteMany	所有匹配文档	否	批量清理符合条件的数据
findOneAndDelete	第一条匹配文档	是	删除并需要获取被删文档（审计/日志）
drop	整个集合	否	清理整个集合及其索引
remove (弃用)	单条或多条（取决于 `justOne`）	否	旧版代码兼容，建议迁移至新 API

MongoDB联动C#

C#操作MongoDB

驱动安装

推荐通过 NuGet 安装 MongoDB.Driver，升级更便捷
也可从 GitHub 获取源代码，适合自定义需求

连接与模型

MongoClient("mongodb://…") 重用单例，线程安全
GetDatabase、GetCollection<T> 动态映射库与集合
C# 类加上 [BsonId]、[BsonRepresentation]、[BsonElement] 与字段一一对应

CRUD 操作

操作	API	说明
插入	`InsertOne` / `InsertMany`	同步插入单个或多个文档
查询	`Find(filter).ToList()`	支持 Lambda 表达式和 Builders
更新	`UpdateOne(filter, update)`	`$set`、`$inc` 等操作符，支持 upsert
替换	`ReplaceOne(filter, replacement)`	整文档替换
删除	`DeleteOne` / `DeleteMany`	精确条件删除单条或多条
索引	`Indexes.CreateOne(new CreateIndexModel…)`	为常用查询字段创建 B-Tree 索引

使用建议

为高频查询字段建索引
整个应用复用单个 MongoClient
捕获 MongoException 并记录，保证健壮性

C#使用Bson操作MongoDB

BSON 文档构建与插入

var doc = new BsonDocument { … } 支持嵌套 BsonDocument、BsonArray
collection.InsertOne(doc)

BSON 查询与筛选

var all = collection.Find(new BsonDocument()).ToList();
var filtered = collection.Find(new BsonDocument("age", new BsonDocument("$gt", 25))).ToList();

BSON 更新与删除

操作	调用示例
更新	`collection.UpdateOne( new BsonDocument("name","John"), new BsonDocument("$set", new BsonDocument("age",35)) )`
删除	`collection.DeleteOne( new BsonDocument("name","John") )`

BSON 索引

collection.Indexes.CreateOne(new CreateIndexModel<BsonDocument>(new BsonDocument("name",1)));

要点

直接操作 BsonDocument，更灵活但少了类型安全
适合动态结构或快速原型
与强类型 API 可混合使用，按需选择

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36.MongoDB总结

36.总结

36.1 核心要点速览

SQL 和 NoSQL

NoSQL 类型对比

MongoDB下载安装

步骤

安装选项对比表

MongoDB配置文件

MongoDB相关工具

MongoDB连接和启用认证

MongoDB的ObjectID

MongoDB插入

MongoDB查询

MongoDB基础查询

MongoDB数组查询和嵌套字段查询

MongoDB多条件查询

MongoDB指定字段查询

MongoDB模糊查询

MongoDB排序查询

MongoDB分页查询

MongoDB聚合查询概念

MongoDB过滤文档聚合查询

MongoDB分组聚合查询

MongoDB排序聚合查询

MongoDB分页聚合查询

MongoDB索引

索引概念

单字段索引

复合索引

文本索引

哈希索引

地理空间索引

稀疏索引

唯一索引

部分索引

操作对比

MongoDB更新

首条更新 (updateOne)

多条更新 (updateMany)

替换更新 (replaceOne)

操作对比

MongoDB删除

deleteOne

deleteMany

findOneAndDelete

drop

remove (弃用)

操作对比

MongoDB联动C#

C#操作MongoDB

C#使用Bson操作MongoDB

首条更新 (`updateOne`)

多条更新 (`updateMany`)

替换更新 (`replaceOne`)