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MongoDB 完整指南

news 2025/8/23 6:37:12

MongoDB 完整指南

目录

  • MongoDB简介
  • 核心概念
  • 使用技巧
  • 重难点解析
  • Spring Boot集成
  • 最佳实践

MongoDB简介

什么是MongoDB

MongoDB是一个基于分布式文件存储的NoSQL数据库，由C++语言编写，旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

主要特点

  • 文档导向: 数据以BSON（Binary JSON）格式存储
  • 高性能: 支持索引、聚合、分片等特性
  • 高可用性: 支持复制集和自动故障转移
  • 水平扩展: 支持分片集群，可横向扩展
  • 灵活模式: 无需预定义表结构，支持动态字段

适用场景

  • 大数据量、高并发的Web应用
  • 内容管理系统
  • 实时分析系统
  • 物联网数据存储
  • 日志系统

核心概念

数据库结构

MongoDB实例
├── 数据库(Database)
│   ├── 集合(Collection) - 相当于关系数据库中的表
│   │   ├── 文档(Document) - 相当于关系数据库中的行
│   │   │   ├── 字段(Field) - 相当于关系数据库中的列
│   │   │   └── 值(Value)
│   │   └── 索引(Index)
│   └── 用户(User)
└── 配置(Configuration)

数据类型

  • 基本类型: String, Number, Boolean, Date, ObjectId
  • 复合类型: Array, Object, Null
  • 特殊类型: Binary Data, Regular Expression, Timestamp

使用技巧

1. 索引优化

// 创建单字段索引
db.collection.createIndex({ "field": 1 })// 创建复合索引
db.collection.createIndex({ "field1": 1, "field2": -1 })// 创建文本索引
db.collection.createIndex({ "content": "text" })// 创建地理空间索引
db.collection.createIndex({ "location": "2dsphere" })

2. 聚合管道

// 复杂聚合查询示例
db.orders.aggregate([{ $match: { status: "completed" } },{ $group: { _id: "$customerId", totalAmount: { $sum: "$amount" },orderCount: { $sum: 1 }}},{ $sort: { totalAmount: -1 } },{ $limit: 10 }
])

3. 批量操作

// 批量插入
db.collection.bulkWrite([{ insertOne: { document: { name: "John", age: 30 } } },{ insertOne: { document: { name: "Jane", age: 25 } } },{ updateOne: { filter: { name: "John" }, update: { $set: { age: 31 } } } }
])

4. 数据验证

// 创建集合时定义验证规则
db.createCollection("users", {validator: {$jsonSchema: {required: ["name", "email"],properties: {name: { type: "string", minLength: 2 },email: { type: "string", pattern: "^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$" },age: { type: "number", minimum: 0, maximum: 150 }}}}
})

重难点解析

1. 事务处理

// MongoDB 4.0+ 支持多文档事务
const session = db.getMongo().startSession();
session.startTransaction();try {// 执行多个操作db.accounts.updateOne({ _id: "account1" },{ $inc: { balance: -100 } },{ session });db.accounts.updateOne({ _id: "account2" },{ $inc: { balance: 100 } },{ session });session.commitTransaction();
} catch (error) {session.abortTransaction();throw error;
} finally {session.endSession();
}

2. 分片策略

// 启用分片
sh.enableSharding("database")// 对集合进行分片
sh.shardCollection("database.collection", { "shardKey": 1 })// 分片键选择原则
// - 基数高（唯一值多）
// - 写分布均匀
// - 支持单调递增

3. 复制集配置

// 复制集配置示例
config = {_id: "rs0",members: [{ _id: 0, host: "mongodb0.example.net:27017" },{ _id: 1, host: "mongodb1.example.net:27017" },{ _id: 2, host: "mongodb2.example.net:27017" }]
}rs.initiate(config)

4. 性能优化

// 使用投影减少数据传输
db.collection.find({}, { name: 1, email: 1, _id: 0 })// 使用hint强制使用特定索引
db.collection.find({ field: "value" }).hint({ field: 1 })// 使用explain分析查询性能
db.collection.find({ field: "value" }).explain("executionStats")

Spring Boot集成

1. 依赖配置

<!-- Maven -->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
</dependency>

// Gradle
implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-data-mongodb'

2. 配置文件

# application.yml
spring:data:mongodb:host: localhostport: 27017database: mydbusername: adminpassword: passwordauthentication-database: admin# 连接池配置max-connection-pool-size: 100min-connection-pool-size: 5max-connection-idle-time: 30000# 复制集配置# uri: mongodb://user:pass@host1:port1,host2:port2/database?replicaSet=rs0

3. 实体类定义

@Document(collection = "users")
public class User {@Idprivate String id;@Indexed(unique = true)private String email;private String name;private int age;@CreatedDateprivate LocalDateTime createdAt;@LastModifiedDateprivate LocalDateTime updatedAt;// 构造函数、getter、setter
}

4. Repository接口

@Repository
public interface UserRepository extends MongoRepository<User, String> {// 自定义查询方法List<User> findByName(String name);List<User> findByAgeGreaterThan(int age);@Query("{ 'age' : { $gte : ?0, $lte : ?1 } }")List<User> findByAgeBetween(int minAge, int maxAge);// 使用正则表达式List<User> findByNameRegex(String regex);// 分页查询Page<User> findByAge(int age, Pageable pageable);
}

5. 服务层实现

@Service
public class UserService {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;@Autowiredprivate MongoTemplate mongoTemplate;// 基本CRUD操作public User createUser(User user) {return userRepository.save(user);}public User findById(String id) {return userRepository.findById(id).orElseThrow(() -> new UserNotFoundException("User not found"));}// 使用MongoTemplate进行复杂查询public List<User> findUsersByComplexCriteria(String name, int minAge, String city) {Criteria criteria = new Criteria();if (name != null) {criteria = criteria.and("name").regex(name, "i");}if (minAge > 0) {criteria = criteria.and("age").gte(minAge);}if (city != null) {criteria = criteria.and("address.city").is(city);}Query query = new Query(criteria);return mongoTemplate.find(query, User.class);}// 聚合查询public List<AgeGroup> getUsersByAgeGroup() {Aggregation aggregation = Aggregation.newAggregation(Aggregation.group("age").count().as("count").avg("age").as("averageAge"),Aggregation.sort(Sort.Direction.ASC, "_id"));return mongoTemplate.aggregate(aggregation, "users", AgeGroup.class).getMappedResults();}// 批量操作@Transactionalpublic void updateUsersAge(String name, int newAge) {Query query = new Query(Criteria.where("name").is(name));Update update = new Update().set("age", newAge);mongoTemplate.updateMulti(query, update, User.class);}
}

6. 控制器层

@RestController
@RequestMapping("/api/users")
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;@PostMappingpublic ResponseEntity<User> createUser(@RequestBody User user) {User createdUser = userService.createUser(user);return ResponseEntity.status(HttpStatus.CREATED).body(createdUser);}@GetMapping("/{id}")public ResponseEntity<User> getUserById(@PathVariable String id) {User user = userService.findById(id);return ResponseEntity.ok(user);}@GetMapping("/search")public ResponseEntity<List<User>> searchUsers(@RequestParam(required = false) String name,@RequestParam(required = false) Integer minAge,@RequestParam(required = false) String city) {List<User> users = userService.findUsersByComplexCriteria(name, minAge, city);return ResponseEntity.ok(users);}@GetMapping("/age-groups")public ResponseEntity<List<AgeGroup>> getAgeGroups() {List<AgeGroup> ageGroups = userService.getUsersByAgeGroup();return ResponseEntity.ok(ageGroups);}
}

7. 配置类

@Configuration
@EnableMongoRepositories(basePackages = "com.example.repository")
public class MongoConfig extends AbstractMongoClientConfiguration {@Value("${spring.data.mongodb.database}")private String databaseName;@Overrideprotected String getDatabaseName() {return databaseName;}@Beanpublic MongoTemplate mongoTemplate() throws Exception {return new MongoTemplate(mongoClient(), getDatabaseName());}// 自定义转换器@Beanpublic MongoCustomConversions customConversions() {List<Converter<?, ?>> converters = new ArrayList<>();converters.add(new LocalDateTimeToDateConverter());converters.add(new DateToLocalDateTimeConverter());return new MongoCustomConversions(converters);}
}

最佳实践

1. 数据建模

  • 嵌入文档: 适合一对少关系，数据不经常变化
  • 引用文档: 适合一对多关系，数据经常变化
  • 混合模式: 根据查询模式选择最优方案

2. 索引策略

  • 为常用查询字段创建索引
  • 避免过多索引（影响写入性能）
  • 使用复合索引优化多字段查询
  • 定期分析索引使用情况

3. 性能优化

  • 使用投影减少数据传输
  • 合理使用分页查询
  • 避免深度嵌套查询
  • 使用聚合管道替代应用层处理

4. 安全配置

  • 启用身份验证
  • 使用TLS/SSL加密
  • 限制网络访问
  • 定期备份数据

5. 监控和维护

  • 监控连接数和性能指标
  • 定期清理无用索引
  • 监控磁盘空间使用
  • 设置告警机制

总结

MongoDB作为NoSQL数据库的代表，具有灵活的数据模型、高性能和良好的扩展性。通过合理的数据建模、索引优化和Spring Boot集成，可以构建高效、可扩展的应用程序。

关键要点：

  1. 理解MongoDB的文档模型和查询语言
  2. 掌握索引和聚合管道的使用
  3. 合理设计数据模型和查询策略
  4. 正确配置Spring Boot集成
  5. 遵循最佳实践确保性能和安全性

通过本指南的学习，您应该能够熟练使用MongoDB并成功集成到Spring Boot项目中。

http://www.dtcms.com/a/344124.html

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