day27.MongoDB【Python教程】

简介

  • MongoDB 是一个基于分布式 文件存储的NoSQL数据库
  • 由C++语言编写,运行稳定,性能高
  • 旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案
  • 查看官方网站 https://www.mongodb.com/

MongoDB特点

  • 模式自由 :可以把不同结构的文档存储在同一个数据库里
  • 面向集合的存储:适合存储 JSON风格文件的形式
  • 完整的索引支持:对任何属性可索引
  • 复制和高可用性:支持服务器之间的数据复制,支持主-从模式及服务器之间的相互复制。复制的主要目的是提供冗余及自动故障转移
  • 自动分片:支持云级别的伸缩性:自动分片功能支持水平的数据库集群,可动态添加额外的机器
  • 丰富的查询:支持丰富的查询表达方式,查询指令使用JSON形式的标记,可轻易查询文档中的内嵌的对象及数组
  • 快速就地更新:查询优化器会分析查询表达式,并生成一个高效的查询计划
  • 高效的传统存储方式:支持二进制数据及大型对象(如照片或图片)

一.基本操作

  • 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、文档数组
  • 安装管理mongodb环境
  • 完成数据库、集合的管理
  • 数据的增加、修改、删除、查询

名词

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

三元素:数据库,集合,文档

  • 集合就是关系数据库中的表
  • 文档对应着关系数据库中的行

文档,就是一个对象,由键值对构成,是json的扩展Bson形式

集合:类似于关系数据库中的表,储存多个文档,结构不固定,如可以存储如下文档在一个集合中

数据库:是一个集合的物理容器,一个数据库中可以包含多个文档

  • 一个服务器通常有多个数据库

1.1.环境安装

安装

下载mongodb的版本,两点注意

  • 根据业界规则,偶数为稳定版,如1.6.X,奇数为开发版,如1.7.X
  • 32bit的mongodb最大只能存放2G的数据,64bit就没有限制

到官网,选择合适的版本下载

解压

移动到/usr/local/目录下

将可执行文件添加到PATH路径中

管理mongo

配置文件在/etc/mongod.conf

默认端口27017

启动

停止

使用终端连接

这个shell就是mongodb的客户端,同时也是一个js的编译器

命令

终端退出连接

GUI:robomongo,解压后在bin目录下找到运行程序

界面如下:


1.2.数据库操作

数据库切换

查看当前数据库名称

查看所有数据库名称

列出所有在物理上存在的数据库

切换数据库

如果数据库不存在,则指向数据库,但不创建,直到插入数据或创建集合时数据库才被创建

默认的数据库为test,如果你没有创建新的数据库,集合将存放在test数据库中

数据库删除

删除当前指向的数据库

如果数据库不存在,则什么也不做


1.3.集合操作

集合创建

语法

name是要创建的集合的名称

options是一个文档,用于指定集合的配置

选项参数是可选的,所以只需要到指定的集合名称。以下是可以使用的选项列表:

例1:不限制集合大小

例2:限制集合大小,后面学会插入语句后可以查看效果

参数capped:默认值为false表示不设置上限,值为true表示设置上限

参数size:当capped值为true时,需要指定此参数,表示上限大小,当文档达到上限时,会将之前的数据覆盖,单位为字节

查看当前数据库的集合

语法

删除

语法


1.4.数据类型

  • 下表为MongoDB中常用的几种数据类型:
  • Object ID:文档ID
  • String:字符串,最常用,必须是有效的UTF-8
  • Boolean:存储一个布尔值,true或false
  • Integer:整数可以是32位或64位,这取决于服务器
  • Double:存储浮点值
  • Arrays:数组或列表,多个值存储到一个键
  • Object:用于嵌入式的文档,即一个值为一个文档
  • Null:存储Null值
  • Timestamp:时间戳
  • Date:存储当前日期或时间的UNIX时间格式

object id

  • 每个文档都有一个属性,为_id,保证每个文档的唯一性
  • 可以自己去设置_id插入文档
  • 如果没有提供,那么MongoDB为每个文档提供了一个独特的_id,类型为objectID
  • objectID是一个12字节的十六进制数
    • 前4个字节为当前时间戳
    • 接下来3个字节的机器ID
    • 接下来的2个字节中MongoDB的服务进程id
    • 最后3个字节是简单的增量值

1.5.数据操作

插入

语法

插入文档时,如果不指定_id参数,MongoDB会为文档分配一个唯一的ObjectId

例1

例2

简单查询

语法

更新

语法

参数query:查询条件,类似sql语句update中where部分

参数update:更新操作符,类似sql语句update中set部分

参数multi:可选,默认是false,表示只更新找到的第一条记录,值为true表示把满足条件的文档全部更新

例3:全文档更新

例4:指定属性更新,通过操作符$set

例5:修改多条匹配到的数据

保存

语法

如果文档的_id已经存在则修改,如果文档的_id不存在则添加

例6

例7

删除

语法

参数query:可选,删除的文档的条件

参数justOne:可选,如果设为true或1,则只删除一条,默认false,表示删除多条

例8:只删除匹配到的第一条

例9:全部删除

关于size的示例

例10

创建集合

插入第一条数据库查询

插入第二条数据库查询

插入第三条数据库查询

插入第四条数据库查询

插入第五条数据库查询


1.6.数据查询

基本查询

方法find():查询

方法findOne():查询,只返回第一个

方法pretty():将结果格式化

比较运算符

  • 等于,默认是等于判断,没有运算符
  • 小于$lt
  • 小于或等于$lte
  • 大于$gt
  • 大于或等于$gte
  • 不等于$ne

例1:查询名称等于\\'gj\\'的学生

例2:查询年龄大于或等于18的学生

逻辑运算符

查询时可以有多个条件,多个条件之间需要通过逻辑运算符连接

逻辑与:默认是逻辑与的关系

例3:查询年龄大于或等于18,并且性别为1的学生

逻辑或:使用$or

例4:查询年龄大于18,或性别为0的学生

and和or一起使用

例5:查询年龄大于18或性别为0的学生,并且学生的姓名为gj

范围运算符

使用"$in","$nin" 判断是否在某个范围内

例6:查询年龄为18、28的学生

支持正则表达式

使用//或$regex编写正则表达式

例7:查询姓黄的学生

自定义查询

使用$where后面写一个函数,返回满足条件的数据

例7:查询年龄大于30的学生


1.6.1.limit&skip

Limit

方法limit():用于读取指定数量的文档

语法:

参数NUMBER表示要获取文档的条数

如果没有指定参数则显示集合中的所有文档

例1:查询2条学生信息

skip

方法skip():用于跳过指定数量的文档

语法:

参数NUMBER表示跳过的记录条数,默认值为0

例2:查询从第3条开始的学生信息

一起使用

方法limit()和skip()可以一起使用,不分先后顺序

创建数据集

查询第5至8条数据


1.6.2.投影

  • 在查询到的返回结果中,只选择必要的字段,而不是选择一个文档的整个字段
  • 如:一个文档有5个字段,需要显示只有3个,投影其中3个字段即可
  • 语法:
  • 参数为字段与值,值为1表示显示,值为0不显示
  • 对于需要显示的字段,设置为1即可,不设置即为不显示
  • 特殊:对于_id列默认是显示的,如果不显示需要明确设置为0
  • 例1
  • 例2

1.6.3.排序

方法sort(),用于对结果集进行排序

语法

参数1为升序排列

参数-1为降序排列

例1:根据性别降序,再根据年龄升序


1.6.4.统计个数

方法count()用于统计结果集中文档条数

语法

也可以与为

例1:统计男生人数

例2:统计年龄大于20的男生人数


1.6.5.消除重复

方法distinct()对数据进行去重

语法

例1:查找年龄大于18的性别(去重)


1.7.总结

  • 安装
  • 数据库创建、删除
  • 集合创建、删除
  • 文档增加、修改、删除
  • 文档查询:find(),limit(),skip(),投影,sort(),count(),distinct()

作业

  • 创建科目集合sub,并进行数据的操作
  • 查询sub中的数据

2.高级操作

  • 讲解关于mongodb的高级操作,包括聚合、主从复制、分片、备份与恢复、MR
  • 完成python与mongodb的交互

2.1.聚合 aggregate

聚合(aggregate)主要用于计算数据,类似sql中的sum()、avg()

语法

管道

管道在Unix和Linux中一般用于将当前命令的输出结果作为下一个命令的输入

在mongodb中,管道具有同样的作用,文档处理完毕后,通过管道进行下一次处理

常用管道

  • $group:将集合中的文档分组,可用于统计结果
  • $match:过滤数据,只输出符合条件的文档
  • $project:修改输入文档的结构,如重命名、增加、删除字段、创建计算结果
  • $sort:将输入文档排序后输出
  • $limit:限制聚合管道返回的文档数、
  • $skip:跳过指定数量的文档,并返回余下的文档
  • $unwind:将数组类型的字段进行拆分

表达式

处理输入文档并输出

语法

常用表达式

  • $sum:计算总和,$sum:1同count表示计数
  • $avg:计算平均值
  • $min:获取最小值
  • $max:获取最大值
  • $push:在结果文档中插入值到一个数组中
  • $first:根据资源文档的排序获取第一个文档数据
  • $last:根据资源文档的排序获取最后一个文档数据

2.1.1.$group

将集合中的文档分组,可用于统计结果

_id表示分组的依据,使用某个字段的格式为\\'$字段\\'

例1:统计男生、女生的总人数

Group by null

将集合中所有文档分为一组

例2:求学生总人数、平均年龄

透视数据

例3:统计学生性别及学生姓名

使用$$ROOT可以将文档内容加入到结果集的数组中,代码如下


2.1.2.$match

用于过滤数据,只输出符合条件的文档

使用MongoDB的标准查询操作

例1:查询年龄大于20的学生

例2:查询年龄大于20的男生、女生人数


2.1.3.$project

修改输入文档的结构,如重命名、增加、删除字段、创建计算结果

例1:查询学生的姓名、年龄

例2:查询男生、女生人数,输出人数


2.1.4.$sort

将输入文档排序后输出

例1:查询学生信息,按年龄升序

例2:查询男生、女生人数,按人数降序


2.1.5.$limit&$skip

$limit

限制聚合管道返回的文档数

例1:查询2条学生信息

$skip

跳过指定数量的文档,并返回余下的文档

例2:查询从第3条开始的学生信息

例3:统计男生、女生人数,按人数升序,取第二条数据

注意顺序:先写skip,再写limit


2.1.6.$unwind

将文档中的某一个数组类型字段拆分成多条,每条包含数组中的一个值

语法1

对某字段值进行拆分

构造数据

查询

语法2

对某字段值进行拆分

处理空数组、非数组、无字段、null情况

构造数据

使用语法1查询

查看查询结果,发现对于空数组、无字段、null的文档,都被丢弃了

问:如何能不丢弃呢?

答:使用语法2查询


2.2.安全

超级管理员

为了更安全的访问mongodb,需要访问者提供用户名和密码,于是需要在mongodb中创建用户

采用了角色-用户-数据库的安全管理方式

常用系统角色如下:

  • root:只在admin数据库中可用,超级账号,超级权限
  • Read:允许用户读取指定数据库
  • readWrite:允许用户读写指定数据库

创建超级管理用户

启用安全认证

修改配置文件

启用身份验证

注意:keys and values之间一定要加空格, 否则解析会报错

重启服务

终端连接

普通用户管理

使用超级管理员登录,然后进入用户管理操作

查看当前数据库的用户

创建普通用户

终端连接

切换数据库,执行命令查看效果

修改用户:可以修改pwd、roles属性


2.3.复制(副本集)

什么是复制

  • 复制提供了数据的冗余备份,并在多个服务器上存储数据副本,提高了数据的可用性,并可以保证数据的安全性
  • 复制还允许从硬件故障和服务中断中恢复数据

为什么要复制

  • 数据备份
  • 数据灾难恢复
  • 读写分离
  • 高(24* 7)数据可用性
  • 无宕机维护
  • 副本集对应用程序是透明

复制的工作原理

  • 复制至少需要两个节点A、B...
  • A是主节点,负责处理客户端请求
  • 其余的都是从节点,负责复制主节点上的数据
  • 节点常见的搭配方式为:一主一从、一主多从
  • 主节点记录在其上的所有操作,从节点定期轮询主节点获取这些操作,然后对自己的数据副本执行这些操作,从而保证从节点的数据与主节点一致
  • 主节点与从节点进行数据交互保障数据的一致性

复制的特点

  • N 个节点的集群
  • 任何节点可作为主节点
  • 所有写入操作都在主节点上
  • 自动故障转移
  • 自动恢复

设置复制节点

  • 接下来的操作需要打开多个终端窗口,而且可能会连接多台ubuntu主机,会显得有些乱,建议在xshell中实现
  • step1:创建数据库目录t1、t2
  • 在Desktop目录下演示,其它目录也可以,注意权限即可

step2:使用如下格式启动mongod,注意replSet的名称是一致的

step3:连接主服务器,此处设置192.168.196.128:27017为主服务器

step4:初始化

初始化完成后,提示符如下图:

step5:查看当前状态

当前状态如下图:

step6:添加复本集

step7:复本集添加成功后,当前状态如下图:

step8:连接第二个mongo服务

step9:向主服务器中插入数据

step10:在从服务器中插查询

说明:如果在从服务器上进行读操作,需要设置rs.slaveOk()

其它说明

删除从节点

关闭主服务器后,再重新启动,会发现原来的从服务器变为了从服务器,新启动的服务器(原来的从服务器)变为了从服务器


2.4.备份与恢复

备份

语法

  • -h:服务器地址,也可以指定端口号
  • -d:需要备份的数据库名称
  • -o:备份的数据存放位置,此目录中存放着备份出来的数据
  • 例1

恢复

语法

  • -h:服务器地址
  • -d:需要恢复的数据库实例
  • --dir:备份数据所在位置
  • 例2

2.5.与python交互

点击查看官方文档 http://api.mongodb.com/python/current/tutorial.html

安装python包

引入包pymongo

连接,创建客户端

获得数据库test1

获得集合stu

添加文档

查找一个文档

查找多个文档1

查找多个文档2

获取文档个数


2.6总结

  • 聚合
  • 安全
  • 副本集
  • 备份与恢复
  • 与python交互

作业

  • 熟练聚合
  • 熟练与python交互

原文发布于微信公众号 - Java帮帮(javahelp)

原文发表时间:2018-08-05

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏各种机器学习基础算法

php类的自动载入(lazy load)

类的自动载入 一、require时代(手动载入): 在一些以前的项目,或者是一些小型的项目里面,一般来说文件的载入一般有两种办法: a.require b.in...

2938
来自专栏从零开始学自动化测试

pytest文档19-doctest测试框架

doctest从字面意思上看,那就是文档测试。doctest是python里面自带的一个模块,它实际上是单元测试的一种。 官方解释:doctest 模块会搜索那...

1502
来自专栏哲学驱动设计

OEA ORM 框架中的冗余属性设计

OEA 框架提供了多种方式来优化分布式数据查询的性能,本篇将会说明如何以声明 OEA 冗余属性的方式,来实现轻量级的数据冗余,以减少关联查询次数及网络数据传输量...

2359
来自专栏Vamei实验室

Linux从程序到进程

计算机如何执行进程呢?这是计算机运行的核心问题。即使已经编写好程序,但程序是死的。只有活的进程才能产出。我们已经从Linux进程基础中了解了进程。现在我们看一下...

2209
来自专栏流媒体人生

Yate教程1

From:http://yate.null.ro/pmwiki/index.php?n=Main.CppTutorial1

1212
来自专栏IT可乐

Java IO详解(二)------流的分类

一、根据流向分为输入流和输出流:   注意输入流和输出流是相对于程序而言的。   输出:把程序(内存)中的内容输出到磁盘、光盘等存储设备中 ?      输入:...

2097
来自专栏大史住在大前端

webpack4.0各个击破(8)—— tapable篇

tapable是webpack的核心框架(4.0以上版本的API已经发生了变化),是一个基于事件流的框架,或者叫做发布订阅模式,或观察者模式,webpack的整...

1313
来自专栏吴伟祥

Linux下的shell简介(三) 原

        shell的本意是“壳”的意思,其实已经很形象地说明了shell在Linux系统中的作用。shell就是围绕在Linux内核之外的一个“壳”程序...

933
来自专栏Python中文社区

Flask使用Blueprint进行多模块应用的编写

專 欄 ❈ 夏轩,Python中文社区专栏作者。 博客: http://blog.csdn.net/u012734441 ❈ 1、blueprint 2、分...

3385
来自专栏未闻Code

Tenacity——Exception Retry 从此无比简单

Python 装饰器装饰类中的方法这篇文章,使用了装饰器来捕获代码异常。这种方式可以让代码变得更加简洁和Pythonic。

1701

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券