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MongoDB

MongoDB 的核心优势

  1. 灵活模式 json 文档
  2. 高可用性 副本集
  3. 可扩展性 sharded cluster 分片集群，可以将数据分散存储到多个分片 shard 上来实现高扩展性。
    使 MongoDB 具备了横向扩展的能力。

部署方式​

  1. 主从复制 master-slave ，目前不推荐使用了。
  2. 副本集 replica set，将数据复制多份，不同服务器保存同一份数据，在出现故障时自动切换，实现故障转移。
  3. 分片模式 sharding，适合处理大量数据，它将数据分开存储，不同的服务器保存不同的数据，所有服务器数据的总和即为整个数据集。（* 追求高性能*）

https://www.cnblogs.com/yanxinjiang/p/14600568.html

https://zhangquan.me/2023/03/26/mongodb-fen-pian-ji-qun-ji-zhi-ji-yuan-li/

副本集部署方式​

增删改查基本操作​

  • Adhoc queries 临时查询
  • Data transformations 数据转换
  • Document join support 文档连接 $lookup $unionwith
  • Graph and geospatial queries 图形和地理空间查询 $geoWithin $geoNear graphLookup
  • Full-text search 全文检索 $search
  • Semantic search 语义搜索 $vectorSearch
  • Indexing 索引
  • On-demand materialized views 按需创建实体索引 $out $merge
  • Time series analysis 时间序列分析

1. 查询数据库列表​

db.adminCommand({ listDatabases: 1 });

2. $unwind​

db.inventory.insertMany( [
   { prodId: 100, price: 20, quantity: 125 },
   { prodId: 101, price: 10, quantity: 234 },
   { prodId: 102, price: 15, quantity: 432 },
   { prodId: 103, price: 17, quantity: 320 }
] );

db.orders.insertMany( [
   { orderId: 201, custid: 301, prodId: 100, numPurchased: 20 },
   { orderId: 202, custid: 302, prodId: 101, numPurchased: 10 },
   { orderId: 203, custid: 303, prodId: 102, numPurchased: 5 },
   { orderId: 204, custid: 303, prodId: 103, numPurchased: 15 },
   { orderId: 205, custid: 303, prodId: 103, numPurchased: 20 },
   { orderId: 206, custid: 302, prodId: 102, numPurchased: 1 },
   { orderId: 207, custid: 302, prodId: 101, numPurchased: 5 },
   { orderId: 208, custid: 301, prodId: 100, numPurchased: 10 },
   { orderId: 209, custid: 303, prodId: 103, numPurchased: 30 }
] );
// 根据 orders 创建 sales 集合
db.createView("sales", "orders", [
    {
        $lookup:  // 使用 orders.prodId 匹配 inventory.prodId 
        {
            from: "inventory",
            localField: "prodId",
            foreignField: "prodId",
            as: "inventoryDocs"  // 匹配到的数据添加到 inventoryDocs 集合中
        }
    },
    {
        $project:   // 选择显示的字段
        {
            _id: 0, // 不显示
            prodId: 1,  // 显示
            orderId: 1,
            numPurchased: 1,
            price: "$inventoryDocs.price" // 聚合成 price 字段(数组)
        }
    },
    {
        $unwind: "$price"  // 将数组展开
    }
]);

$unwind 的作用: 展开数组字段

假设 collection 的数据如下所示

[
  { "_id": 1, "product": "A", "price": [100, 200, 300] },
  { "_id": 2, "product": "B", "price": [400, 500] },
  { "_id": 3, "product": "C", "price": [] },
  { "_id": 4, "product": "D" }
]

在使用 $unwind 函数之后

[
  { "_id": 1, "product": "A", "price": 100 },
  { "_id": 1, "product": "A", "price": 200 },
  { "_id": 1, "product": "A", "price": 300 },
  { "_id": 2, "product": "B", "price": 400 },
  { "_id": 2, "product": "B", "price": 500 }
]

3. 创建视图，并排序​

db.places.insertMany([
   { _id: 1, category: "café" },
   { _id: 2, category: "cafe" },
   { _id: 3, category: "cafE" }
]);

db.places.find();

根据 places 创建视图 placesView , 只保留 category 字段,并且根据 fr 进行排序

db.createView(
    "placesView",
    "places",
    [{
        $project: {
            category: 1
        }
    }],
    {
        collation: {
            locale: "fr", // 指定语言环境为 法语
            strength: 1  // 排序强度, 1 表示只比较基本字符.
        }
    }
);

统计 category = cafe 的文档数量

db.placesView.countDocuments({
    category: "cafe"
});

4. 视图修改​

先删除，再新建

db.createView("places-view-modify", "places", [
    {
        $match: {
            category: "cafe"
        }
    }
]);

db["places-view-modify"].find();

db["places-view-modify"].drop();

直接修改视图

db.runCommand(
    {
        collMod: "places-view-modify",
        viewOn: "places",
        "pipeline": [{
            $match: {
                category: "cafE"
            }
        }]
    }
);

5. 物化视图​

// 物化视图  $merge $out 的结果
db.bakesales.insertMany( [
   { date: new ISODate("2018-12-01"), item: "Cake - Chocolate", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("60") },
   { date: new ISODate("2018-12-02"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("90") },
   { date: new ISODate("2018-12-02"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 10, amount: new NumberDecimal("200") },
   { date: new ISODate("2018-12-04"), item: "Cookies - Chocolate Chip", quantity: 20, amount: new NumberDecimal("80") },
   { date: new ISODate("2018-12-04"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 1, amount: new NumberDecimal("16") },
   { date: new ISODate("2018-12-05"), item: "Pie - Key Lime", quantity: 3, amount: new NumberDecimal("60") },
   { date: new ISODate("2019-01-25"), item: "Cake - Chocolate", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("60") },
   { date: new ISODate("2019-01-25"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 1, amount: new NumberDecimal("16") },
   { date: new ISODate("2019-01-26"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") },
   { date: new ISODate("2019-01-26"), item: "Cookies - Chocolate Chip", quantity: 12, amount: new NumberDecimal("48") },
   { date: new ISODate("2019-01-26"), item: "Cake - Carrot", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("36") },
   { date: new ISODate("2019-01-26"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Pie - Chocolate Cream", quantity: 1, amount: new NumberDecimal("20") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("80") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Tarts - Apple", quantity: 3, amount: new NumberDecimal("12") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Cookies - Chocolate Chip", quantity: 12, amount: new NumberDecimal("48") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Cake - Carrot", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("36") },
   { date: new ISODate("2019-01-27"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") },
   { date: new ISODate("2019-01-28"), item: "Cookies - Chocolate Chip", quantity: 20, amount: new NumberDecimal("80") },
   { date: new ISODate("2019-01-28"), item: "Pie - Key Lime", quantity: 3, amount: new NumberDecimal("60") },
   { date: new ISODate("2019-01-28"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") },
] );

db.bakesales.find();

// 定义了一个包含每月累计销售信息的物化视图
updateMonthlySales = function(startDate) {
    db.bakesales.aggregate([
        {
            $match: {
                date: {
                    $gte: startDate  // 大于等于传入的日期的数据
                }
            }
        },
        {
            $group: {
                _id: {
                    $dateToString: {   // 根据 date 字段的 %Y-%m 进行分组
                        format: "%Y-%m",
                        date: "$date"
                    }
                },
                sales_quantity: {
                    $sum: "$quantity"   // 新增一个 sales_quantity 字段
                },
                sales_amount: {  
                    $sum: "$amount"   // 新增 sales_amount 字段
                }
            }
        },
        {
            $merge: {
                into: "monthlybakesales",  // 将数据输出到 monthlybakesales 集合中
                whenMatched: "replace"  // 当文档已经存在于目的集合时,替换目的集合中的文档
            }
        }
    ]);
};


updateMonthlySales(new ISODate("1970-01-01"));
db.monthlybakesales.find();

更新物化视图

db.bakesales.insertMany( [
   { date: new ISODate("2019-01-28"), item: "Cake - Chocolate", quantity: 3, amount: new NumberDecimal("90") },
   { date: new ISODate("2019-01-28"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("32") },
   { date: new ISODate("2019-01-30"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 1, amount: new NumberDecimal("20") },
   { date: new ISODate("2019-01-30"), item: "Cookies - Chocolate Chip", quantity: 6, amount: new NumberDecimal("24") },
   { date: new ISODate("2019-01-31"), item: "Pie - Key Lime", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("40") },
   { date: new ISODate("2019-01-31"), item: "Pie - Banana Cream", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("40") },
   { date: new ISODate("2019-02-01"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") },
   { date: new ISODate("2019-02-01"), item: "Tarts - Apple", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("8") },
   { date: new ISODate("2019-02-02"), item: "Cake - Chocolate", quantity: 2, amount: new NumberDecimal("60") },
   { date: new ISODate("2019-02-02"), item: "Cake - Peanut Butter", quantity: 1, amount: new NumberDecimal("16") },
   { date: new ISODate("2019-02-03"), item: "Cake - Red Velvet", quantity: 5, amount: new NumberDecimal("100") }
]);

updateMonthlySales(new ISODate("2019-01-01"));

6. capped collections​

capped collections： 固定大小的集合。

db.createCollection("log", {
    capped: true,
    size: 100000  // 最大大小为 100000 的集合 ( mongodb 会四舍五入到最接近 256 的整数倍)
});

db.createCollection(
    "log2",
    {
        capped: true,
        size: 5242880,
        max: 5000  // 文档数最大为 5000 
    }
);

db.log.insertMany( [
   {
      message: "system start",
      type: "startup",
      time: 1711403508
   },
   {
      message: "user login attempt",
      type: "info",
      time: 1711403907
   },
   {
      message: "user login fail",
      type: "warning",
      time: 1711404209
   },
   {
      message: "user login success",
      type: "info",
      time: 1711404367
   },
   {
      message: "user logout",
      type: "info",
      time: 1711404555
   }
] )

db.log.find();

db.log.find({
    type: "info"
});

db.log.find().sort({
    $natural: - 1  // 与插入的顺序相反
});

判断集合是否为capped collections

db.log.isCapped();

修改限制

db.runCommand( { collMod: "log", cappedSize: 5242880 } )
db.runCommand( { collMod: "log", cappedMax: 5000 } )

7. null 与 undefined​

MongoDB 8.0 之后，null 的比较不会匹配 undefined。


db.people.insertMany([
    {
        _id: 1,
        name: null
    },
    {
        _id: 2,
        name: undefined
    },
    {
        _id: 3,
        name: ["Gabriel", undefined]
    },
    {
        _id: 4,
        names: ["Alice", "Charu"] // 注意,这里是 names ,不是 name 
    }
]);

db.people.find();


db.people.find({
    name: null
}); // v8.0 之后,只匹配 null 和 name 不存在的数据. 即 id = 1 and id = 4


// 删除 name 字段中包含 undefined 的文档
db.people.updateMany(
    {
        name: {
            $type: "undefined"
        }
    },
    [{
        $set: {
            "name": {
                $cond: {
                    // When "name" is an array, convert { name: [ "Alice", undefined ] }
                    // to { name: [ "Alice" ] }
                    if : {
                        $eq: [{
                            $type: "$name"
                        }, "array"]
                    },
                    then: {
                        $filter: {
                            input: "$name",
                            cond: {
                                $not: {
                                    $eq: [{
                                        $type: "$$this"
                                    }, "undefined"]
                                }
                            }
                        },
                        
                    },
                    // When "name" is scalar undefined, remove it
                    else : "$$REMOVE"
                }
            }
        }
    }]
);


db.people.updateMany(  // 批量更新
   { },
   [ {
      $replaceWith: { // 集合更新管道,替换文档的根节点, 接受一个文档作为参数
         $arrayToObject: {  // $arrayToObject + $filter 生成不包含 undefined 字段的文档
            $filter: {
               input: { $objectToArray: "$$ROOT" }, // 讲文档的每个字段转为键值对的数组形式
               cond: {
                  $not: { $eq: [ { $type: "$$this.v" }, "undefined" ] } // 检查 this.v 是否为 undefined 
               }
            }
         }
      }
   } ]
)

db.people.updateMany(
   { name: { $type: "undefined" } },
   [ {
      $set: {
         "name": {
            $cond: {
               // When "name" is an array, convert { name: [ "Alice", undefined ] }
               // to { name: [ "Alice", null ] }
               if: {
                  $eq: [ { $type: "$name" }, "array" ]
               },
               then: {
                  $map: {
                     input: "$name",
                     in: {
                        $cond: {
                           if: { $eq: [ { $type: "$$this" }, "undefined" ] },
                           then: null,
                           else: "$$this"
                        }
                     }
                  },
               },
               // When "name" is the scalar undefined, convert to null
               else: null
            }
         }
      }
   } ]
)

8. insert​

db.inventory.insertOne(
    {
        item: "canvas",
        qty: 100,
        tags: ["cotton"],
        size: {
            h: 28,
            w: 35.5,
            uom: "cm"
        }
    }
);

db.inventory.find();

db.inventory.insertMany([
   { item: "journal", qty: 25, tags: ["blank", "red"], size: { h: 14, w: 21, uom: "cm" } },
   { item: "mat", qty: 85, tags: ["gray"], size: { h: 27.9, w: 35.5, uom: "cm" } },
   { item: "mousepad", qty: 25, tags: ["gel", "blue"], size: { h: 19, w: 22.85, uom: "cm" } }
])

db.inventory.insertMany([
   { item: "journal", qty: 25, size: { h: 14, w: 21, uom: "cm" }, status: "A" },
   { item: "notebook", qty: 50, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "A" },
   { item: "paper", qty: 100, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "D" },
   { item: "planner", qty: 75, size: { h: 22.85, w: 30, uom: "cm" }, status: "D" },
   { item: "postcard", qty: 45, size: { h: 10, w: 15.25, uom: "cm" }, status: "A" }
]);

9. select​


// status = 'D' 
db.inventory.find({
  status: "D"
});

// status in ('A','D')
db.inventory.find({
    status: {
        $in: ["A", "D"]
    }
});

// status = 'A' and qty < 30
db.inventory.find({
    status: "A",
    qty: {
        $lt: 30
    }
});

// status = 'A' or qty < 30
db.inventory.find({
    $or: [{
        status: "A"
    }, {
        qty: {
            $lt: 30
        }
    }]
});

// status = 'A' and (qty < 30 or item like 'p%')
db.inventory.find({
    status: "A",
    $or: [{
        qty: {
            $lt: 30
        }
    }, {
        item: /^p/
    }]
})


// embedded document 

db.inventory.insertMany( [
   { item: "journal", qty: 25, size: { h: 14, w: 21, uom: "cm" }, status: "A" },
   { item: "notebook", qty: 50, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "A" },
   { item: "paper", qty: 100, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "D" },
   { item: "planner", qty: 75, size: { h: 22.85, w: 30, uom: "cm" }, status: "D" },
   { item: "postcard", qty: 45, size: { h: 10, w: 15.25, uom: "cm" }, status: "A" }
]);

db.inventory.find({
    "size.uom": "in"
});

db.inventory.find({
    "size.h": {
        $lt: 15
    }
});

// size.w = 21 and size.h = 14 and size.uom = 'cm'
db.inventory.find({
    size: {
        w: 21,
        h: 14,
        uom: "cm"
    }
});


// arrays 
db.inventory.insertMany([
   { item: "journal", qty: 25, tags: ["blank", "red"], dim_cm: [ 14, 21 ] },
   { item: "notebook", qty: 50, tags: ["red", "blank"], dim_cm: [ 14, 21 ] },
   { item: "paper", qty: 100, tags: ["red", "blank", "plain"], dim_cm: [ 14, 21 ] },
   { item: "planner", qty: 75, tags: ["blank", "red"], dim_cm: [ 22.85, 30 ] },
   { item: "postcard", qty: 45, tags: ["blue"], dim_cm: [ 10, 15.25 ] }
]);

// tags = ["red","blank"]
db.inventory.find({
    tags: ["red", "blank"]
});

// tags contains ["red","blank"]
db.inventory.find({
    tags: {
        $all: ["red", "blank"]
    }
});

// 'red' in tags 
db.inventory.find({
    tags: "red"
});


// dim_cm 存在大于 25 的元素
db.inventory.find({
    dim_cm: {
        $gt: 25
    }
});

// dim_cm 存在大于 15 小于 20 的元素
db.inventory.find({
    dim_cm: {
        $gt: 15,
        $lt: 20
    }
});

// dim_cm 的第 2 个元素大于 25
db.inventory.find({
    "dim_cm.1": {
        $gt: 25
    }
});

// tags.length = 3 
db.inventory.find({
    "tags": {
        $size: 3
    }
});

// arrays of embeeded documents 
db.inventory.insertMany( [
   { item: "journal", instock: [ { warehouse: "A", qty: 5 }, { warehouse: "C", qty: 15 } ] },
   { item: "notebook", instock: [ { warehouse: "C", qty: 5 } ] },
   { item: "paper", instock: [ { warehouse: "A", qty: 60 }, { warehouse: "B", qty: 15 } ] },
   { item: "planner", instock: [ { warehouse: "A", qty: 40 }, { warehouse: "B", qty: 5 } ] },
   { item: "postcard", instock: [ { warehouse: "B", qty: 15 }, { warehouse: "C", qty: 35 } ] }
]);

instock.warehouse = 'A' and instock.qty = 5 (需要顺序一致)

db.inventory.find({
    "instock": {
        warehouse: "A",
        qty: 5
    }
});

//  instock.qty = 5 and instock.warehouse = 'A'
db.inventory.find({
    "instock": {
        qty: 5,
        warehouse: "A"
    }
});
// instock.qty <= 20
db.inventory.find({
    'instock.qty': {
        $lte: 20
    }
});

// instock[0].qty <= 20
db.inventory.find({
    'instock.0.qty': {
        $lte: 20
    }
});

// instock contains {qty: 5, warehouse: 'A'}
db.inventory.find({
    "instock": {
        $elemMatch: {  // 不匹配顺序
            qty: 5,
            warehouse: "A"
        }
    }
});

// instock contains {  10 < qty <= 20 }
db.inventory.find({
    "instock": {
        $elemMatch: {
            qty: {
                $gt: 10,
                $lte: 20
            }
        }
    }
});

// instock.qty = 5 and instock.warehouse = 'A'
db.inventory.find({
    "instock.qty": 5,
    "instock.warehouse": "A"
})

指定返回字段

// project results 
db.inventory.insertMany( [
  { item: "journal", status: "A", size: { h: 14, w: 21, uom: "cm" }, instock: [ { warehouse: "A", qty: 5 } ] },
  { item: "notebook", status: "A",  size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, instock: [ { warehouse: "C", qty: 5 } ] },
  { item: "paper", status: "D", size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, instock: [ { warehouse: "A", qty: 60 } ] },
  { item: "planner", status: "D", size: { h: 22.85, w: 30, uom: "cm" }, instock: [ { warehouse: "A", qty: 40 } ] },
  { item: "postcard", status: "A", size: { h: 10, w: 15.25, uom: "cm" }, instock: [ { warehouse: "B", qty: 15 }, { warehouse: "C", qty: 35 } ] }
]);

// status = 'A'
db.inventory.find( { status: "A" } )

// select _id,item , status from inventory where status = 'A' 
db.inventory.find( { status: "A" }, { item: 1, status: 1 } );

// select item , status from inventory where status = 'A' 
db.inventory.find( { status: "A" }, { item: 1, status: 1, _id: 0 } )

// 不显示 status instock  字段
db.inventory.find( { status: "A" }, { status: 0, instock: 0 } )

// 返回 item status size.uom 字段
db.inventory.find(
    {
        status: "A"
    },
    {
        item: 1,
        status: 1,
        "size.uom": 1
    }
)

db.inventory.find({
    status: "A"
});

// 返回 item status instock.qty 字段
db.inventory.find({
    status: "A"
}, {
    item: 1,
    status: 1,
    "instock.qty": 1
});

分支条件

db.inventory.find(
    {},
    {
        _id: 0,
        item: 1,
        status: {
            $switch: { // 分支条件 $switch + branches + default 一起使用
                branches: [
                    {
                        case: {
                            $eq: ["$status", "A"]
                        },
                        then: "Available"
                    },
                    {
                        case: {
                            $eq: ["$status", "D"]
                        },
                        then: "Discontinued"
                    },
                    
                ],
                default: "No status found"
            }
        },
        area: { // $size.h * $size.w + " " + $size.uom 
            $concat: [
                {
                    $toString: {
                        $multiply: ["$size.h", "$size.w"]
                    }
                },
                " ",
                "$size.uom"
            ]
        },
        reportNumber: {
            $literal: 1  // $literal 是一个特殊运算符，用于返回一个常量值（即字面值），它的作用是将提供的值直接作为结果输出，而不会被解释为字段或表达式。
        }
    }
);

10. $literal​

$literal 是一个特殊运算符，用于返回一个常量值（即字面值），它的作用是将提供的值直接作为结果输出，而不会被解释为字段或表达式。

db.inventory.aggregate([
    {
        $project: 
        {
            aa: {
                $literal: 1
            }
        }
    }
]);

11. $exist​

查找不存在 item 的字段

db.inventory.find({
    item: {
        $exists: false
    }
});

12. $currentDate​

将字段的值设置为当前日期。

db.customers.updateOne(
   { _id: 1 },
   {
     $currentDate: {
        lastModified: true,  // 将 lastModified 字段修改为当前时间
        "cancellation.date": { $type: "timestamp" }  // 将 cancellation.date 修改为当前时间戳
     },
     $set: {
        "cancellation.reason": "user request",  // 将 cancellation.reason 修改为 user request
        status: "D" // 将 status 修改为 D 
     }
   }
);

聚合方式

聚合变量需要使用 $$ ,并且使用双引号。eg: "$$NOW" 
db.customers.updateOne(
    {
        _id: 1
    },
    [
        {
            $set: {
                lastModified: "$$NOW",  // 聚合变量需要使用 $$ ,并且使用双引号。
                cancellation: {
                    date: "$$CLUSTER_TIME", // 时间戳
                    reason: "user request"
                },
                status: "D"
            }
        }
    ]
);

13. 更新文档​

  • updateOne: 修改单个文档
db.inventory.updateOne(
   { item: "paper" },
   {
     $set: { "size.uom": "cm", status: "P" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)
  • updateMany: 修改多个文档
db.inventory.updateMany(
   { "qty": { $lt: 50 } },
   {
     $set: { "size.uom": "in", status: "P" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)
  • replaceOne: 替换 _id 字段之外的整个文档内容。
db.inventory.replaceOne(
   { item: "paper" },
   { item: "paper", instock: [ { warehouse: "A", qty: 60 }, { warehouse: "B", qty: 40 } ] }
)

14. $set​

db.students.updateOne({
    _id: 3
}, [{
    $set: {
        "test3": 98,
        modified: "$$NOW"
    }
}]);

15. $mergeObjects​

$mergeObjects 合并多个对象为一个对象，相同的字段以最后一个对象为准。

db.students2.updateMany({}, [
    {
        $replaceRoot: {
            // 新增一个文档，因为第一个参数是 {}
            newRoot: 
            {
                $mergeObjects: [{  // $mergeObjects 合并多个对象为一个对象，相同的字段以最后一个对象为准。
                    quiz1: 0,
                    quiz2: 0,
                    test1: 0,
                    test2: 0
                }, "$$ROOT"]
            }
        }
    },
    {
        $set: {
            modified: "$$NOW"
        }
    }
]);

16. $replaceRoot​

用于替换文档的根内容，即完全替换当前文档的顶层结构为一个新的结构。

17. $trunc​

$trunc 是一个算术运算符，用于截断数字的小数部分，保留指定位数小数。不会四舍五入


db.students3.updateMany(
    {}, // 会匹配到所有字段
    [
        {
            $set: {
                average: { // 新增一个 average 字段
                    $trunc: [{ // 截断小数，保留指定位数，此处保留 0 位小数
                        $avg: "$tests"
                    }, 0]
                },
                modified: "$$NOW"
            }
        },
        {
            $set: {
                grade: {
                    $switch: {
                        branches: [
                            {
                                case: {  // >= 90 A 
                                    $gte: ["$average", 90]
                                },
                                then: "A"
                            },
                            {
                                case: { // >= 80 B
                                    $gte: ["$average", 80]
                                },
                                then: "B"
                            },
                            {
                                case: { // >= 70 C
                                    $gte: ["$average", 70]
                                },
                                then: "C"
                            },
                            {
                                case: { // >= 60 D
                                    $gte: ["$average", 60]
                                },
                                then: "D"
                            }
                        ],
                        default: "F"
                    }
                }
            }
        }
    ]
)

18. $concatArrays​

$concatArrays 是一个用于将两个或多个数组连接在一起的操作符。

db.students4.updateOne({
    _id: 2
}, [{
    $set: {
        quizzes: {
            $concatArrays: ["$quizzes", [8, 6]]
        }
    }
}]);

19. $map​

{ $map: { input: <expression>, as: <string>, in: <expression> } }

20. 删除文档​


db.inventory.find();
db.inventory.insertMany( [
   { item: "journal", qty: 25, size: { h: 14, w: 21, uom: "cm" }, status: "A" },
   { item: "notebook", qty: 50, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "P" },
   { item: "paper", qty: 100, size: { h: 8.5, w: 11, uom: "in" }, status: "D" },
   { item: "planner", qty: 75, size: { h: 22.85, w: 30, uom: "cm" }, status: "D" },
   { item: "postcard", qty: 45, size: { h: 10, w: 15.25, uom: "cm" }, status: "A" },
] );
db.inventory.deleteMany({}); // 删除集合中所有文档
db.inventory.deleteMany({ status : "A" }) // 删除 status = 'A' 
db.inventory.deleteOne( { status: "D" } ) // 删除 status ='D' 的第一个文档

// 1. 不会丢弃索引
// 2. 单个文档的操作是原子性的
// 3. write concern

21. Write Concern 写入确认级别​

写操作的确认策略和数据持久化级别的一组配置。

w : 定义需要确认写入的节点数量或策略。

  • 开发和测试环境 w:0 或 w:1
  • 一般业务系统： w: majority 或 w: 2~3
  • 金融系统： w: majority and j: true 会显著的降低写操作的性能，需要权衡写入速度和可靠性。

j：是否等待数据持久化到磁盘 （journal 文件）

wtimeoutMS：等待写操作确认的超时时间。

db.collection.insertOne(
  { name: "Alice", age: 25 },
  { writeConcern: { w: "majority", j: true } }
);

majority

  1. 写入数据必须被直接点持久化到内存中。
  2. 被副本集中大多数节点确认完成 （N/2 + 1）
    • 副本集有 3 个节点， majority = 2
    • 副本集有 5 个节点， majority = 3

22. Bulk Write​

try {
   db.pizzas.bulkWrite( [
      { insertOne: { document: { _id: 3, type: "beef", size: "medium", price: 6 } } },
      { insertOne: { document: { _id: 4, type: "sausage", size: "large", price: 10 } } },
      { updateOne: {
         filter: { type: "cheese" },
         update: { $set: { price: 8 } }
      } },
      { deleteOne: { filter: { type: "pepperoni"} } },
      { replaceOne: {
         filter: { type: "vegan" },
         replacement: { type: "tofu", size: "small", price: 4 }
      } }
   ] )
} catch( error ) {
   print( error )
}

Ordered，默认 true

有序：其中一个写操作失败，剩余的写操作不会执行。
无序：其中一个写操作时发生错误，MongoDB 会继续处理列表中剩余的写操作。

db.collection.bulkWrite(
   [
      { insertOne : <document> },
      { updateOne : <document> },
      { updateMany : <document> },
      { replaceOne : <document> },
      { deleteOne : <document> },
      { deleteMany : <document> }
   ],
   { ordered : false } // 默认有序。
)

分片集合的批量插入

  • 预分割集合 Pre-Split the Collection
  • 无序写入到 mongos Unordered Writes to mongos
  • 避免单调 Avoid Monotonic Throttling

23. Retryable Writes 可重试写入​

mongosh --retryWrites=true

Prerequisites：

  • 需要副本集或分片集群，不支持独立实例。
  • 需要支持文档级锁定的存储引擎，例如 WiredTiger 或内存存储引擎。
  • MongoDB 3.6+
  • Write Concern 的 w 不为 0 , 0 表示不重试

24. Retryable Reads 可重试读取​

MongoDB Server 4.2+

25. Geospatial Queries 地理空间搜索​

GeoJSON 对象。

<field>: { type: <GeoJSON type> , coordinates: <coordinates> }

先 longitude 经度(-180,180) ，后 latitude 维度(-90,90)。

location: {
      type: "Point",
      coordinates: [-73.856077, 40.848447]
}

Legacy Coordinate Paris 传统坐标对

  • 数组指定：<field>: [ <x>, <y> ]
  • 文档嵌入：<field>: { <field1>: <x>, <field2>: <y> }

26. Read Concern​

readConcern 选项，可以控制从 replica sets 和 sharded clusters 读取的数据的 一致性 consistency 和 隔离性 isolation。

在执行 find 或者 aggregate 时，可以通过 readConcern 来把控返回数据的准确性和可靠性。

Read Concern Levels 读关注级别​

read concern 决定了查询返回的数据的一致性级别。它指定了查询应返回的数据版本。

MongoDB 支持的 Read Concern 级别

  • local(default)
  • available
  • majority
  • linearizable
  • snapshot

causally consistent sessions 因果一致性会话

Causal Consistency 是一种保证，指在启用因果一致性的情况下，读操作会确保在逻辑上尊重因果顺序。

在发生相关的操作时，Causal Consistency 能确保：如果有依赖关系，读操作不会早于依赖的写操作完成。

MongoDB 默认不开启因果一致性，但可以通过 API 显式启用。

eg: 如果 A 写入了数据，随后 B 读取了数据，在因果一致性中，B 应该总是能看到 A 的写操作结果，而不会读到那个写入之前的快照。

local​

readConcern 的默认级别。

local 仅从主节点读取本地数据,这些数据已经过一些基本的同步，且不会读取到孤立文档。

local : 返回实例中的数据，不保证返回的数据被写入大多数副本集成员。（返回的数据可能会被回滚）

使用前提（任何情况）

  1. 单独使用
  2. 开启了因果一致性会话 causally consistent session
  3. 开启了事务 transactions
available​

available 适用于对实时场景非常高的情况。

使用前提：

  1. 没有开启 causally consistent session 和 transactions 的会话。 （即无法在 causally consistent session 和 transactions 的会话中使用）
  2. 仅适用于 sharded clusters

对于 sharded clusters , available 提供了最低延迟的读取。

  • 不需要等下多少票确认
  • 直接从当前在线节点返回数据
  • 读取逻辑简单，无需进行额外的状态检查或锁定

majority​

对于与多文档事务无关的读取操作， majority 读取的数据已被副本集的大多数成员确认。（读取的文档是持久的，并保证不会被回滚）

CURD Concepts (CURD 概念)​

原子性和事务​

https://www.mongodb.com/docs/manual/core/write-operations-atomicity/

MongoDB 在单个文档上的修改是原子性的。

当单个操作修改多个文档时，每个文档的修改是原子的，但是整个操作不是原子的。（操作可能会交错进行）

如果需要原子性读取/写入多个文档时，MongoDB z支持分布式事务。(distributed transactional)

分布式查询​

Replica Sets

默认情况下，Client 从 Replica Sets 的 primary 节点 读取数据。

但是 Client 可以通过指定 read preference (读取偏好)将读取请求导向到其它节点。

在 replica sets 中，所有的写操作都会发送到 primary 节点中。 primary 节点应用写操作并将操作记录在 primary 节点的操作日志或 oplog 中。

sharded clusters

Causal Consistency 因果一致性​

如果一个操作在逻辑上依赖于前一个操作，那么这些操作之间存在因果关系。

Query Optimization 查询优化​

索引通过减少查询操作需要处理的数据量来提高读取操作的效率。

创建索引​

// 在 type 上查询
db.inventory.find( { type: typeValue } );

// 在 type 字段上创建索引 ， 1 表示升序
db.inventory.createIndex( { type: 1 } )

Query Selectivity 查询选择性​

查询条件能够有效地从集合中排除或过滤掉文档。

Covered Query 覆盖查询​

覆盖查询是一种可以完全使用索引来满足的查询，而不需要检查任何文档。

  • 查询中的字段都是索引的一部分
  • 结果中返回的所有字段都在同一个索引中
  • 查询中没有字段等于 null. 例如 {"field":null} {"field":{ $eq : null }}

案例：

db.inventory.createIndex( { type: 1, item: 1 } )

db.inventory.find(
   { type: "food", item:/^c/ },
   { item: 1, _id: 0 }  // 为了使用索引覆盖查询，必须指定 _id: 0 以从结果中排查 _id 字段（因为索引不包含 _id 字段）。
)

Embedded Documents

索引可以覆盖对嵌入文档中字段的查询。

db.userdata.createIndex(
   { "user.login": 1 }
)

db.userdata.find(
   { "user.login": "tester" },
   { "user.login": 1, _id: 0 }
)

慢查询​

查询 mongodb 的性能

  • $currentOp 查询有关活动操作和游标的信息
  • top 获取额外的操作计数和延迟统计信息
  • serverStatus 查询执行的性能问题和异常
  • $queryStats 常见查询分片的信息，提供了运行的查询类型的整体视图。
  • $indexStats 查询索引统计信息

慢查询分析

  • system.profile , 启用后，数据库分析器会将有关慢查询的信息存储在 system.profile 集合中。
  • db.collection.explain() 查询计划和执行统计信息。

执行高级查询分析

  • $planCacheStats 返回有关集合计划缓存信息。 查询计划器（query planner） 使用这些计划来高效的完成查询。

查询计划 query plan​

  • db.collection.explain().find()
  • db.collection.find().explain() Explain plan results
  • 查询所需时间
  • 是否使用了索引
  • 扫描的文档和索引的数量

verbosity mode​

  1. queryPlanner
  • 默认值
  • 返回了 winning plan 的信息
  • 不会实际执行查询，只是显示查询计划
  1. executionStats
  • 执行查询并提供 winning plan 的详细执行统计信息（不会显示被拒绝的计划的执行统计）
    • 查询计划
    • 执行时间
    • 文档扫描数量
    • 索引条目扫描数量
    • 返回文档数
    • 内存使用情况
  1. allPlansExecution
  • 不仅显示 winning plan ，还会显示所有被考虑的计划。
  • 实际执行查询，并提供每个计划的执行统计信息。
  • 显示了更多执行细节
    • 所有被评估的计划
    • 每个计划执行时间
    • 每个阶段处理的文档数量
    • 内存使用情况

结果分析​

具体字段含义见官网：https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/explain-results/

  1. queryPlanner.winningPlan.stage
  • COLLSCAN 表示集合扫描，必须逐文档扫描整个集合（全文扫描）
  • IXSCAN 表示使用了索引。
  • FETCH 检索文档
  • GROUP 分组文档
  • SHARD_MERGE 合并来自分片的结果
  • SHARDING_FILTER 过滤掉来自分片的孤立文档
  • TS_MODIFY 修改时间序列集合
  • BATCHED_DELETE 用于内部批处理的多个文档删除
  • EXPRESS 适用于一组有限的查询

  1. executionStats.nReturned 返回文档的总数

  2. executionStats.totalKeysExamined 扫描到的索引条目(index entries)，0 表示未使用索引。

  3. executionStats.totalDocsExamined 扫描的文档总数。