MongoDB 基础

参考文档： - MongoDB 官方手册 - MongoDB CRUD 操作 - MongoDB Shell (mongosh)

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一、MongoDB 简介

MongoDB 是一个基于分布式文件存储的开源 NoSQL 数据库，使用 C++ 编写，数据存储为 BSON（Binary JSON）格式。

📖 MongoDB 官方手册

为什么选择 MongoDB

• 灵活的 Schema：集合中的文档不需要有相同的字段结构
• 类 JSON 格式：对前端/Node.js/Python 开发者友好
• 原生支持分布式：副本集（高可用）+ 分片集群（水平扩展）
• 丰富的查询能力：支持嵌套文档查询、数组查询、聚合管道

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二、Docker 部署

📖 Docker 安装参考

# 拉取镜像
docker pull mongo:7.0

# 启动容器
docker run -d \
  --name mongodb \
  -p 27017:27017 \
  -v mongo_data:/data/db \
  -e MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME=admin \
  -e MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD=admin123 \
  mongo:7.0 \
  --auth

# 进入 mongosh 交互模式
docker exec -it mongodb mongosh -u admin -p admin123 --authenticationDatabase admin

认证模式

加上 --auth 参数后，所有操作都需要认证。默认会创建 admin 数据库用于认证管理。

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三、核心概念

📖 核心概念文档

3.1 术语对照

关系型数据库	MongoDB
数据库（Database）	数据库（Database）
表（Table）	集合（Collection）
行（Row）	文档（Document）
列（Column）	字段（Field）
主键（Primary Key）	_id（自动生成 ObjectId）
索引（Index）	索引（Index）

3.2 数据库层次

Server（MongoDB 实例）
├── Database（数据库）
│   ├── Collection（集合）
│   │   ├── Document（文档）
│   │   │   ├── Field（字段）: value
│   │   │   └── Field（字段）: value
│   │   └── Document
│   └── Collection
└── Database

3.3 BSON 数据类型

📖 BSON 类型文档

类型	说明	示例
String	UTF-8 字符串	"张三"
Number	整数 / 浮点数	25, 3.14
Boolean	布尔值	true, false
Array	数组	[1, 2, 3]
Object	嵌套文档	{name: "张三"}
ObjectId	12 字节唯一 ID	ObjectId("507f1f...")
Date	日期时间	ISODate("2024-01-01")
null	空值	null

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四、基础操作（CRUD）

4.1 插入文档

📖 插入文档官方教程

// 切换/创建数据库
use myblog

// 插入单条文档
db.users.insertOne({
    name: "张三",
    age: 25,
    email: "zhangsan@example.com",
    tags: ["Java", "Python"],
    createdAt: new Date()
})

// 插入多条文档
db.users.insertMany([
    { name: "李四", age: 28, email: "lisi@example.com" },
    { name: "王五", age: 30, email: "wangwu@example.com" },
    { name: "赵六", age: 22, email: "zhaoliu@example.com" }
])

隐式创建

MongoDB 不需要提前创建数据库或集合。第一次向某个集合插入文档时，数据库和集合会自动创建。

4.2 查询文档

📖 查询文档官方教程

// 查询所有文档
db.users.find()

// 条件查询
db.users.find({ age: 25 })

// 条件查询（格式化输出）
db.users.find({ age: { $gte: 25 } }).pretty()

常用查询操作符

操作符	含义	示例
$eq	等于	{ age: { $eq: 25 } }
$ne	不等于	{ age: { $ne: 25 } }
$gt	大于	{ age: { $gt: 25 } }
$gte	大于等于	{ age: { $gte: 25 } }
$lt	小于	{ age: { $lt: 30 } }
$lte	小于等于	{ age: { $lte: 30 } }
$in	在数组中	{ age: { $in: [25, 28] } }
$nin	不在数组中	{ age: { $nin: [25, 28] } }
$regex	正则匹配	{ name: { $regex: "^张" } }
$exists	字段存在	{ email: { $exists: true } }

逻辑操作符

// AND：逗号分隔即可
db.users.find({ age: { $gte: 25 }, name: "李四" })

// OR
db.users.find({ $or: [
    { age: { $lt: 23 } },
    { name: "赵六" }
]})

// AND + OR 混合
db.users.find({
    age: { $gte: 25 },
    $or: [
        { tags: "Java" },
        { tags: "Python" }
    ]
})

投影（选择返回字段）

// 只返回 name 和 age（排除 _id）
db.users.find({}, { name: 1, age: 1, _id: 0 })

排序、分页、计数

// 排序（1=升序，-1=降序）
db.users.find().sort({ age: -1 })

// 跳过 + 限制
db.users.find().sort({ age: -1 }).skip(0).limit(10)

// 统计数量
db.users.countDocuments({ age: { $gte: 25 } })

查询技巧

查询嵌套文档字段使用点号：db.users.find({ "address.city": "北京" })

4.3 更新文档

📖 更新文档官方教程

// 更新单条（第一个匹配项）
db.users.updateOne(
    { name: "张三" },
    { $set: { age: 26 } }
)

// 更新多条（所有匹配项）
db.users.updateMany(
    { age: { $lt: 25 } },
    { $set: { status: "junior" } }
)

// 替换整个文档（不包括 _id）
db.users.replaceOne(
    { name: "张三" },
    { name: "张三丰", age: 30, email: "new@example.com" }
)

常用更新操作符

操作符	含义
$set	设置字段值（字段不存在则新增）
$unset	删除字段
$inc	字段值增加
$push	向数组追加元素
$pull	从数组中删除元素
$rename	重命名字段

// 数组操作
db.users.updateOne(
    { name: "张三" },
    {
        $push: { tags: "Go" },      // 添加元素
        $pull: { tags: "Java" },    // 删除元素
        $inc:  { age: 1 }           // 年龄 +1
    }
)

4.4 删除文档

📖 删除文档官方教程

// 删除单条（第一个匹配项）
db.users.deleteOne({ name: "赵六" })

// 删除多条（所有匹配项）
db.users.deleteMany({ age: { $lt: 25 } })

// 删除集合中所有文档（保留索引）
db.users.deleteMany({})

// 删除整个集合（含索引）
db.users.drop()

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五、索引基础

📖 索引官方文档

5.1 创建索引

// 单字段索引
db.users.createIndex({ name: 1 })  // 1=升序，-1=降序

// 复合索引
db.users.createIndex({ name: 1, age: -1 })

// 唯一索引
db.users.createIndex({ email: 1 }, { unique: true })

// TTL 索引（自动过期删除）
db.logs.createIndex({ createdAt: 1 }, { expireAfterSeconds: 3600 })

// 查看所有索引
db.users.getIndexes()

5.2 查看执行计划

// 分析查询是否走索引
db.users.find({ name: "张三" }).explain("executionStats")

索引优化

• MongoDB 默认会为 _id 字段自动创建唯一索引
• 复合索引同样遵循最左前缀原则
• 索引不是越多越好，每次写入都需要更新索引树

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六、与 Python 集成

📖 PyMongo 官方文档

pip install pymongo

from pymongo import MongoClient

# 1. 连接数据库
client = MongoClient("mongodb://admin:admin123@localhost:27017/")
db = client["myblog"]
users = db["users"]

# 2. 插入
users.insert_one({"name": "张三", "age": 25})
users.insert_many([
    {"name": "李四", "age": 28},
    {"name": "王五", "age": 30}
])

# 3. 查询
for user in users.find({"age": {"$gte": 25}}).sort("age", -1):
    print(user["name"], user["age"])

# 4. 更新
users.update_one({"name": "张三"}, {"$set": {"age": 26}})

# 5. 删除
users.delete_one({"name": "李四"})

连接字符串

认证模式下的连接格式：mongodb://用户名:密码@host:port/?authSource=admin