MongoDB【使用场景&简介&体系结构&数据模型&特点】

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-10-09 16:51 16阅读 0赞

**目录**

1：MongoDB相关概念

1.1：业务应用场景

1.2：MongoDB简介

1.3：体系结构

1.4：数据模型

1.5：MongoDB的特点

--------------------

## 1：MongoDB相关概念 ##

### 1.1：业务应用场景 ###

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：

• 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。

而MongoDB可应对“三高”需求。

具体的应用场景如：

1）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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）视频直播，使用 MongoDB 存储用户信息、点赞互动信息等。

这些应用场景中，数据操作方面的共同特点是：

（1）数据量大

（2）写入操作频繁（读写都很频繁）

（3）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。

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：

应用不需要事务及复杂 join 支持

新应用，需求会变，数据模型无法确定，想快速迭代开发

应用需要2000-3000以上的读写QPS（更高也可以）

应用需要TB甚至 PB 级别数据存储

应用发展迅速，需要能快速水平扩展

应用要求存储的数据不丢失

应用需要99.999%高可用

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 绝不会后悔。

思考：如果用MySQL呢？ 答：相对MySQL，可以以更低的成本解决问题（包括学习、开发、运维等成本）

### 1.2：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。

### 1.3：体系结构 ###

MySQL和MongoDB对比

![a92bfe8e201343c2adff5237c98d79b6.png][]

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>SQL术语/概念</td> 
   <td>SQL术语/概念</td> 
   <td>解释/说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>database</td> 
   <td>database</td> 
   <td>数据库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>table</td> 
   <td>collection</td> 
   <td>数据库表/集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>row</td> 
   <td>document</td> 
   <td>数据记录行/文档</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>column</td> 
   <td>field</td> 
   <td>数据字段/域</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>index</td> 
   <td>index</td> 
   <td>索引</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>table joins</td> 
   <td></td> 
   <td>表连接,MongoDB不支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td></td> 
   <td>嵌入文档</td> 
   <td>MongoDB通过嵌入式文档来替代多表连接</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>primary key</td> 
   <td>primary key</td> 
   <td>主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1.4：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

<table style="width:558px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">数据类型</td> 
   <td style="width:267px;">描述</td> 
   <td style="width:190px;">举例</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">字符串</td> 
   <td style="width:267px;">UTF-8字符串都可表示为字符串类型的数据</td> 
   <td style="width:190px;">{"x" : "foobar"}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">对象id</td> 
   <td style="width:267px;">对象id是文档的12字节的唯一 ID</td> 
   <td style="width:190px;">{"X" :ObjectId() }</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">布尔值</td> 
   <td style="width:267px;">真或者假：true或者false</td> 
   <td style="width:190px;">{"x":true}+</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">数组</td> 
   <td style="width:267px;">值的集合或者列表可以表示成数组</td> 
   <td style="width:190px;">{"x" ： ["a", "b", "c"]}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">32位整数</td> 
   <td style="width:267px;">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。</td> 
   <td style="width:190px;">shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64 位浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">64位整数</td> 
   <td style="width:267px;">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 整数</td> 
   <td style="width:190px;">shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64 位浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">64位浮点数</td> 
   <td style="width:267px;">shell中的数字就是这一种类型</td> 
   <td style="width:190px;">{"x"：3.14159，"y"：3}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">null</td> 
   <td style="width:267px;">表示空值或者未定义的对象</td> 
   <td style="width:190px;">{"x":null}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">undefined</td> 
   <td style="width:267px;">文档中也可以使用未定义类型</td> 
   <td style="width:190px;">{"x":undefined}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">符号</td> 
   <td style="width:267px;">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</td> 
   <td style="width:190px;"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">正则表达式</td> 
   <td style="width:267px;">文档中可以包含正则表达式，采用JavaScript的正则表达式语法</td> 
   <td style="width:190px;">{"x" ： /foobar/i}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">代码</td> 
   <td style="width:267px;">文档中还可以包含JavaScript代码</td> 
   <td style="width:190px;">{"x" ： function() { /* …… */ }}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">二进制数据</td> 
   <td style="width:267px;">二进制数据可以由任意字节的串组成，不过shell中无法使用</td> 
   <td style="width:190px;"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">最大值/最 小值</td> 
   <td style="width:267px;">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。</td> 
   <td style="width:190px;"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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”)\}

###  ###

### 1.5：MongoDB的特点 ###

MongoDB主要有如下特点：

（1）高性能：

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。

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）

mmapv1、wiredtiger、mongorocks（rocksdb）、in-memory 等多引擎支持满足各种场景需求。 Gridfs解决文件存储的需求。

（2）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。

（3）高扩展性：