一、MongoDB概述

MongoDB 是一个基于 分布式文件存储 的开源 NoSQL 数据库系统，由 C++ 编写的。MongoDB 提供了 面向文档 的存储方式，操作起来比较简单和容易，支持“无模式”的数据建模，可以存储比较复杂的数据类型，是一款非常流行的 文档类型数据库 。

在高负载的情况下，MongoDB 天然支持水平扩展和高可用，可以很方便地添加更多的节点/实例，以保证服务性能和可用性。在许多场景下，MongoDB 可以用于代替传统的关系型数据库或键/值存储方式，皆在为 Web 应用提供可扩展的高可用高性能数据存储解决方案

1、MongoDB的数据结构

MongoDB是面向文档的NoSQL（非关系型）数据库，它的数据结构由字段（Field）和值（Value）组成，类似于JSON对象：

{name:"张三",sex:"男性",age:30
}

2、MongoDB的存储结构

MongoDB的存储结构区别于传统的关系型数据库，由如下三个单元组成：

• 文档（Document）：MongoDB中最基本的单元，由BSON键值对（key-value）组成。相当于关系型数据库中的行（Row）。

• 集合（Collection）：一个集合可以包含多个文档，相当于关系型数据库中的表格（Table）。

• 数据库（Database）：等同于关系型数据库中的数据库概念，一个数据库中可以包含多个集合。您可以在MongoDB中创建多个数据库。

SQL 与 MongoDB 常见术语对比 ：

SQLMongoDB表（Table）集合（Collection）行（Row）文档（Document）列（Col）字段（Field）主键（Primary Key）对象 ID（Objectid）索引（Index）索引（Index）嵌套表（Embeded Table）嵌入式文档（Embeded Document）数组（Array）数组（Array）

二、Databases and Collections

1、概述

MongoDB将数据记录存储为文档（特别是BSON文档），这些文档在集合中聚集在一起。数据库存储一个或多个文档集合。 

2、Databases

在MongoDB中，数据库保存一个或多个文档集合。要选择要使用的数据库，请在mongosh中使用use<db>语句，如下例所示：

use myDB

3、Create a Database

如果数据库不存在，MongoDB将在您首次存储该数据库的数据时创建该数据库。因此，您可以切换到不存在的数据库，并在mongosh中执行以下操作：

use myNewDBdb.myNewCollection1.insertOne( { x: 1 } )

insertOne（）操作创建数据库myNewDB和集合myNewCollection1（如果它们不存在）。确保数据库和集合名称都遵循MongoDB命名限制。

3、Collections

MongoDB将文档存储在集合中。集合类似于关系数据库中的表。

4、Create a Collection

如果集合不存在，MongoDB会在您首次存储该集合的数据时创建该集合。 

db.myNewCollection2.insertOne( { x: 1 } )
db.myNewCollection3.createIndex( { y: 1 } )

​insertOne（）和createIndex（）操作都会创建各自的集合（如果它们不存在）。确保集合名称遵循MongoDB命名限制。

5、显式创建

MongoDB提供了db.createCollection（）方法来显式创建具有各种选项的集合，例如设置最大大小或文档验证规则。如果没有指定这些选项，则不需要显式创建集合，因为MongoDB在首次存储集合的数据时会创建新的集合。

6、Document 验证

默认情况下，集合不要求其文档具有相同的架构；即，单个集合中的文档不需要具有相同的字段集，并且字段的数据类型可以在集合中的各个文档中不同。
然而，从MongoDB3.2开始，您可以在更新和插入操作期间强制集合的文档验证规则。 

7、唯一标识符

集合被分配一个不可变的UUID。在副本集的所有成员和碎片集群中的碎片之间，集合UUID保持不变。
要检索集合的UUID，请运行listCollections命令或db.getCollectionInfos（）方法。

三、Documents

MongoDB将数据记录存储为BSON文档。BSON是JSON文档的二进制表示，尽管它包含的数据类型比JSON多。有关BSON规范，请参阅bsonspec.org。另请参阅BSON类型。

1、兼容性

MongoDB将记录存储为在以下环境中托管的部署的文档： 

• MongoDB Atlas：云中MongoDB部署的完全托管服务
• MongoDB Enterprise:MongoDB的基于订阅的自我管理版本
• MongoDB社区：MongoDB的源代码可用、免费使用和自我管理版本

2、Document 结构 

MongoDB文档由字段和值对组成，结构如下：

{field1: value1,field2: value2,field3: value3,...fieldN: valueN
}

字段的值可以是任何BSON数据类型，包括其他文档、数组和文档数组。例如，以下文档包含各种类型的值：

var mydoc = {_id: ObjectId("5099803df3f4948bd2f98391"),name: { first: "Alan", last: "Turing" },birth: new Date('Jun 23, 1912'),death: new Date('Jun 07, 1954'),contribs: [ "Turing machine", "Turing test", "Turingery" ],views : NumberLong(1250000)}

上述字段具有以下数据类型：

• _id包含ObjectId。
• name保存一个嵌入的文档，其中包含第一个和最后一个字段。
• birth and death保留Date类型的值。
• contribs保存字符串数组。
• views 保存NumberLong类型的值。

3、字段名称

字段名称是字符串。

文档对字段名有以下限制：

• 字段名_id保留为主键；它的值在集合中必须唯一，不可变，并且可以是数组以外的任何类型。如果_id包含子字段，则子字段名称不能以（$）符号开头。
• 字段名不能包含空字符。
• 服务器允许存储包含点（.）和美元符号（$）的字段名。
• MongodB 5.0增加了对在字段名中使用（$）和（.）的改进支持。有一些限制。有关更多详细信息，请参阅字段名称注意事项。

BSON文档可以有多个同名字段。然而，大多数MongoDB接口使用不支持重复字段名的结构（例如哈希表）来表示MongoDB。如果需要处理具有多个同名字段的文档，请参阅驱动程序的驱动程序文档。
一些由内部MongoDB进程创建的文档可能具有重复的字段，但任何MongoDB流程都不会向现有用户文档添加重复的字段。

4、Arrays

要通过从零开始的索引位置指定或访问数组的元素，请将数组名称与点（.）和从零开始索引位置连接起来，并用引号括起来：

"<array>.<index>"

例如，给定文档中的以下字段：

{...contribs: [ "Turing machine", "Turing test", "Turingery" ],...
}

5、嵌入式Document 

要使用点表示法指定或访问嵌入文档的字段，请将嵌入文档名称与点（.）和字段名称连接起来，并用引号括起来：

"<embedded document>.<field>"

例如，给定文档中的以下字段：

{...name: { first: "Alan", last: "Turing" },contact: { phone: { type: "cell", number: "111-222-3333" } },...
}

• 要在名称字段中指定名为last的字段，请使用点符号“name.last”。
• 要在联系人字段中指定电话文档中的号码，请使用点符号“contact.phone.number”。

6、Document 限制 

Document 具有以下属性：

文档大小限制

最大BSON文档大小为16 MB。
最大文档大小有助于确保单个文档不能使用过多的RAM，或者在传输期间不能使用过大的带宽。为了存储大于最大大小的文档，MongoDB提供了GridFS API。有关GridFS的更多信息，请参阅mongofiles和驱动程序的文档。

7、文档字段顺序

与JavaScript对象不同，BSON文档中的字段是有序的。

查询中的字段顺序

• 在比较文档时，字段顺序很重要。例如，当将文档与查询中的字段a和b进行比较时：

  • {a: 1, b: 1}等于{a: 1, b: 1}

  • {a: 1, b: 1}不等于{b: 1, a: 1}

• 为了有效地执行查询，查询引擎可以在查询处理期间对字段重新排序。在其他情况下，处理这些投影操作符时可能会重新排序字段：$project、$addFields、$set和$unset。

  • 字段重新排序可能发生在中间结果以及 查询返回的最终结果。

  • 由于某些操作可能会对字段重新排序，因此不应依赖 查询返回的结果中的特定字段排序 使用前面列出的投影运算符。

 写入操作中的字段顺序
对于写入操作，MongoDB保留文档字段的顺序，但以下情况除外：

• _id字段始终是文档中的第一个字段。
• 包括重命名字段名的更新可能会导致文档中字段的重新排序。

8、_id字段

在MongoDB中，存储在集合中的每个文档都需要一个唯一的_id字段，该字段充当主键。如果插入的文档省略了_id字段，MongoDB驱动程序将自动为_id字段生成ObjectId。
这也适用于通过upsert:true的更新操作插入的文档。
_Iid字段具有以下行为和约束： 

• 默认情况下，MongoDB在创建集合期间在_id字段上创建唯一索引。
• _id字段始终是文档中的第一个字段。如果服务器首先接收到一个没有_id字段的文档，那么服务器将把字段移到开头。

以下是存储_id值的常用选项：

• 使用ObjectId。
• 使用自然唯一标识符（如果可用）。这节省了空间，并避免了额外的索引。
• 生成自动递增的数字。
• 在应用程序代码中生成UUID。为了更有效地存储集合和_id索引中的UUID值，请将UUID存储为BSON BinData类型的值。
• 在以下情况下，BinData类型的索引键将更有效地存储在索引中： 

  • 二进制子类型值在 0-7 或 128-135 范围内，并且

  • 字节数组的长度为：0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 10， 12， 14、16、20、24 或 32。

• 使用驱动程序的BSON UUID工具生成UUID。请注意，驱动程序实现可能以不同的方式实现UUID序列化和反序列化逻辑，这可能与其他驱动程序不完全兼容。查看您的有关UUID互操作性的信息的驱动程序文档。