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MongoDB数据存储结构
1.基本概念
在MongoDB中数据存储的基本概念是数据库、集合、文档。
文档(document)是MongoDB中数据的基本存储单元,非常类似与关系型数据库管理系统中的行,当更有表现力。
集合(collection)可以看作是一个拥有动态模式(dynamic schema)的表。
MongoDB的一个实例可以拥有多个相互独立的数据库(database),每一个数据库都拥有自己的集合。
MongoDB 将数据存储为一个文档,数据结构由键值(key=>value)对组成。MongoDB 文档类似于 JSON 对象。字段值可以包含其他文档,数组及文档数组。
下表将帮助您更容易理解Mongo中的一些概念
SQL术语/概念 | MongoDB术语/概念 | 解释/说明 |
---|---|---|
database | database | 数据库 |
table | collection | 数据库表/集合 |
row | document | 数据记录行/文档 |
column | field | 数据字段/域 |
index | index | 索引 |
table joins | 表连接,MongoDB不支持 | |
primary key | primary key | 主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键 |
2.数据库(database)
在MongoDB中,多个文档组成集合,而多个集合可以组成数据库,一个MongoDB实例可以建立多个数据库。
MongoDB的默认数据库为”db”,该数据库存储在data目录中。
MongoDB的单个实例可以容纳多个独立的数据库,每一个都有自己的集合和权限,不同的数据库也放置在不同的文件中。
数据库也通过名字来标识。数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。
- 不能是空字符串(””)。
- 不得含有’ ‘(空格)、.、$、/、和 (空字符)。
- 应全部小写。
- 最多64字节。
有一些数据库名是保留的,可以直接访问这些有特殊作用的数据库。
- admin: 从权限的角度来看,这是”root”数据库。要是将一个用户添加到这个数据库,这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行,比如列出所有的数据库或者关闭服务器。
- local: 这个数据永远不会被复制,可以用来存储限于本地单台服务器的任意集合
- config: 当Mongo用于分片设置时,config数据库在内部使用,用于保存分片的相关信息。
数据库最终会变成文件系统里的文件,而数据库名就是相应的文件名。这是数据库名有如此之多限制的原因。
“show dbs” 命令可以显示所有数据的列表。
代码语言:javascript复制$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> show dbs
local 0.078GB
test 0.078GB
>
执行 “db” 命令可以显示当前数据库对象或集合。
代码语言:javascript复制$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> db
test
>
运行”use”命令,可以连接到一个指定的数据库。
代码语言:javascript复制> use local
switched to db local
> db
local
>
3.文档(Document)
文档MongoDB核心概念。文档就是键值对的一个有序集合。MongoDB 的文档不需要设置相同的字段,并且相同的字段不需要相同的数据类型,这与关系型数据库有很大的区别,也是 MongoDB 非常突出的特点。
一个简单的文档例子如下:
代码语言:javascript复制{"hand":"hello","foot":3}
文档中的键是字符串,文档中的值可以是多种不同的数据类型,甚至可以是一个完整的内嵌文档。
除少数例外情况,键可以是任意UTF-8字符。文档键命名规范:
- 键不能含有 (空字符)。这个字符用来表示键的结尾。
- .和$有特别的意义,只有在特定环境下才能使用。
- 以下划线”_”开头的键是保留的(不是严格要求的)。
MongoDB的文档不能有重复的键。
MongoDB不但区分类型,而且区分大小写。
代码语言:javascript复制{"Foot":"3"}
{"foot":"3"}
{"foot": 3 }
这三个文档是不同的
文档中的键值对是有序的:
代码语言:javascript复制{"x":1,"y":2}
{"y":2,"x":1}
两者不同
4.集合(collection)
集合就是 一组文档,类似于 RDBMS (关系数据库管理系统:Relational Database Management System)中的表格。
集合是动态模式的,也就意味着集合没有固定的结构,集合可以插入不同格式和类型的数据,但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。
比如,我们可以将以下不同数据结构的文档插入到集合中:
代码语言:javascript复制{"site":"www.baidu.com"}
{"site":"www.google.com","name":"Google"}
当第一个文档插入时,集合就会被创建。
随之而来的一个问题是:既然没有必要区分不同类型文档的模式,一个数据库还有必要使用多个集合吗?
这里的不区分仅仅是物理结构的不区分,但实际开发中由于业务的分区,会产生多个逻辑集合单元。例如一个博格网站,利用集合既存储了文章文档和作者信息,那么在只查询博客文章时还要剔除作者数据的文档,在混合的物理数据结构下,这会带来很大的困扰。此外,从三各特定类型的集合中查询数据,必然在一个混合的集合中查询特定数据要快的多,且更有利于磁盘寻道和索引构建。
合法的集合名
- 集合名不能是空字符串””。
- 集合名不能含有 字符(空字符),这个字符表示集合名的结尾。
- 集合名不能以”system.”开头,这是为系统集合保留的前缀。
- 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含,这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合,否则千万不要在名字里出现$。
子集合
组织集合的惯例是使用“ . ”分割不同命名空间的子集合。例如一个具有博客功能的应用可能包含两个集合,分别是blog.posts和blog.authors。这是为了使组织结构更清晰,这里的blog集合(这个集合甚至不需要存在)跟它的子集合没有任何关系。
5.元数据
数据库的信息是存储在集合中。它们使用了系统的命名空间:
dbname.system.*
在MongoDB数据库中名字空间 <dbname>.system.* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection),如下:
集合命名空间 | 描述 |
---|---|
dbname.system.namespaces | 列出所有名字空间。 |
dbname.system.indexes | 列出所有索引。 |
dbname.system.profile | 包含数据库概要(profile)信息。 |
dbname.system.users | 列出所有可访问数据库的用户。 |
dbname.local.sources | 包含复制对端(slave)的服务器信息和状态。 |
对于修改系统集合中的对象有如下限制。
在{ {system.indexes}}插入数据,可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)。
{ {system.users}}是可修改的。 { {system.profile}}是可删
MongoDB 数据类型
在概念上MongoDB的文档与JavaScript中的对象相近,因而可以认为它类似与JSON。MongoDB在JSON六种数据类型(null,布尔,数字、字符长、对象和数组)的基础上上添加了一些其他数据类型,以实现对时间、浮点数、正则函数等的操作。
下表为MongoDB中数据类型。
数据类型 | 例子 | 描述 |
---|---|---|
String | { “x” : “foot” } | 字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中,UTF-8 编码的字符串才是合法的。 |
Integer | { “x” : 1 } | 整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器,可分为 32 位或 64 位。 |
Boolean | { “x” : true } | 布尔值。用于存储布尔值(真/假)。 |
Double | { “x” : 3.14 } | 双精度浮点值。用于存储浮点值。 |
Min/Max keys | 将一个值与 BSON(二进制的 JSON)元素的最低值和最高值相对比。 | |
Array | { “x” : [ “a” , “b” ] } | 用于将数组或列表或多个值存储为一个键。 |
Timestamp | 时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。 | |
Object | { “x” : { “y” : “foot” } } | 用于内嵌文档。 |
Null | { “x” : null } | 用于创建空值。 |
Symbol | 符号。该数据类型基本上等同于字符串类型,但不同的是,它一般用于采用特殊符号类型的语言。 | |
Date | { “x” : new Date() } | 日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间:创建 Date 对象,传入年月日信息。 |
Object ID | { “x” : ObjectId() } | 对象 ID。用于创建文档的 ID。 |
Binary Data | 二进制数据。用于存储二进制数据。 | |
Code | { “x” : function(){/*..*/} } | 代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。 |
Regular expression | { “x” : /foot/i } | 正则表达式类型。用于存储正则表达式。 |
下面说明下几种重要的数据类型
1.日期
与JavaScript使用Date对象一样,使用 new Date()创建日期对象,或者使用ISODate()创建日期对象。注意Date()函数与Js中一样,是返回日期格式的字符串,日期对象和字符串是无法匹配的,所以执行删除、更新和查询操作时对导致很多问题。
代码语言:javascript复制> var mydate1 = new Date() //格林尼治时间
> mydate1
ISODate("2018-03-04T14:58:51.233Z")
> typeof mydate1
object
> var mydate2 = ISODate() //格林尼治时间
> mydate2
ISODate("2018-03-04T15:00:45.479Z")
> typeof mydate2
object
> Date()
Sun Mar 04 2018 15:02:59 GMT 0000 (UTC)
2.时间戳
BSON 有一个特殊的时间戳类型用于 MongoDB 内部使用,与普通的 日期 类型不相关。 时间戳值是一个 64 位的值。其中:
- 前32位是一个 time_t 值(与Unix新纪元相差的秒数)
- 后32位是在某秒中操作的一个递增的
序数
在单个 mongod 实例中,时间戳值通常是唯一的。
在复制集中, oplog 有一个 ts 字段。这个字段中的值使用BSON时间戳表示了操作时间。
BSON 时间戳类型主要用于 MongoDB 内部使用。在大多数情况下的应用开发中,你可以使用 BSON 日期类型。
3.数组
数组是一组值,它既能作为有序对象(列表、栈或队列),又能作为无序对象(数据集)。
下面的文档中things这个键的值是一个数组
{ “things” : [ “foot” , 3.14 ] }
此例表述数组可包含不同数据类型的元素。
数组也可嵌套数组。
MongDB能理解数组结构,并能深入其中构建索引,执行查询或更新操作。
4.ObjectId
ObjectId 类似唯一主键,可以很快的去生成和排序,包含 12 bytes,含义是:
- 前 4 个字节表示创建 unix 时间戳,格林尼治时间 UTC 时间,比北京时间晚了 8 个小时
- 接下来的 3 个字节是机器标识码
- 紧接的两个字节由进程 id 组成 PID
- 最后三个字节是随机数
MongoDB 中存储的文档必须有一个 _id 键。这个键的值可以是任何类型的,默认是个 ObjectId 对象。在一个集合里面,每个文档都有唯一的_id值,确保一个集合里每个文档都能被唯一标识。多个集合之间_id可以重复(与关系数据库表的主键一样)。
由于 ObjectId 中保存了创建的时间戳,所以你不需要为你的文档保存时间戳字段,你可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间:
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