MongoDB数据库基础知识与实战应用：NoSQL利器揭秘

# 1. MongoDB基础知识

MongoDB是一种流行的NoSQL数据库，以其灵活性、可扩展性和高性能而闻名。本节将介绍MongoDB的基础知识，包括其架构、数据模型和基本操作。

### 1.1 MongoDB架构

MongoDB采用分布式架构，由以下组件组成：

- **分片集群：**将数据分布在多个服务器（分片）上，以提高可扩展性和性能。
- **副本集：**为每个分片创建多个副本，以实现高可用性和数据冗余。
- **mongod：**MongoDB数据库守护进程，负责处理数据存储和查询。
- **mongos：**路由器进程，将客户端请求路由到适当的分片。

# 2. MongoDB数据建模与操作

### 2.1 数据模型设计

#### 2.1.1 文档结构和嵌套

MongoDB采用文档数据模型，文档类似于JSON对象，包含键值对。文档可以嵌套其他文档或数组，形成复杂的数据结构。

**嵌套文档示例：**

{
  "name": "John Doe",
  "address": {
    "street": "123 Main Street",
    "city": "Anytown",
    "state": "CA",
    "zip": "12345"
  }
}

**嵌套数组示例：**

{
  "name": "John Doe",
  "hobbies": ["running", "swimming", "reading"]
}

#### 2.1.2 索引策略

索引是MongoDB中用于加速查询的特殊数据结构。索引将数据按特定字段排序，以便快速查找。

**索引类型：**

* **单字段索引：**对单个字段创建索引，例如 `db.collection.createIndex({ name: 1 })`
* **复合索引：**对多个字段创建索引，例如 `db.collection.createIndex({ name: 1, age: -1 })`
* **唯一索引：**确保索引字段值唯一，例如 `db.collection.createIndex({ name: 1 }, { unique: true })`

**索引优化：**

* 创建索引时，考虑查询模式和数据分布。
* 避免创建不必要的索引，因为它们会占用存储空间并降低写入性能。
* 定期检查索引使用情况，并删除未使用的索引。

### 2.2 数据操作

#### 2.2.1 CRUD操作

CRUD（创建、读取、更新、删除）操作是数据库中最基本的四种操作。

**创建（Create）：**

db.collection.insertOne({ name: "John Doe" });

**读取（Read）：**

db.collection.findOne({ name: "John Doe" });

**更新（Update）：**

db.collection.updateOne({ name: "John Doe" }, { $set: { age: 30 } });

**删除（Delete）：**

db.collection.deleteOne({ name: "John Doe" });

#### 2.2.2 聚合查询

聚合查询允许对数据进行分组、排序、过滤和计算。

**聚合管道示例：**

db.collection.aggregate([
  { $match: { age: { $gt: 25 } } },
  { $group: { _id: "$gender", count: { $sum: 1 } } }
]);

**参数说明：**

* `$match`：过滤文档
* `$group`：对文档分组并计算聚合值

#### 2.2.3 事务与并发控制

MongoDB提供事务支持，确保在多用户环境中数据的完整性和一致性。

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