MongoDB 核心概念

本章将介绍 MongoDB 的核心概念：数据库、集合、文档和 BSON 数据类型。

数据库（Database）

数据库是 MongoDB 中最高级别的数据容器，一个 MongoDB 实例可以包含多个数据库。

数据库命名规则

// 切换到指定数据库（如果不存在则创建）
use mydb

// 查看当前数据库
db

// 查看所有数据库
show dbs

命名规范：

• 必须以字母或下划线开头
• 不能包含空格、特殊字符（/、\、"、$ 等）
• 建议使用小写字母
• 最大长度为 64 字节

系统数据库

MongoDB 预设了几个系统数据库：

数据库名	说明
admin	系统管理员数据库，包含用户和角色信息
local	本地数据库，用于存储副本集配置等
config	分片集群配置信息
test	默认测试数据库

集合（Collection）

集合是存储文档的容器，类似于关系型数据库中的表。

创建集合

// 显式创建集合
db.createCollection("users")

// 隐式创建（插入文档时自动创建）
db.products.insertOne({ name: "iPhone", price: 999 })

集合命名规则

• 不能以 "system." 开头（系统集合保留前缀）
• 不能包含 "$" 字符
• 不能以 "." 开头（在某些版本中有限制）

查看集合

// 查看当前数据库的所有集合
show collections

// 查看集合中的文档数量
db.users.countDocuments()

删除集合

db.users.drop()

文档（Document）

文档是 MongoDB 中的基本数据单元，存储为 BSON 格式（Binary JSON）。

文档结构

{
  "_id": ObjectId("507f1f77bcf86cd799439011"),
  "username": "zhangsan",
  "email": "[email protected]",
  "age": 28,
  "isActive": true,
  "createdAt": ISODate("2024-01-15T10:30:00Z"),
  "tags": ["developer", "writer"],
  "profile": {
    "city": "Beijing",
    "bio": "Software engineer"
  }
}

文档特点

1. 键值对：文档由字段和值组成
2. 有序：字段顺序是有意义的
3. 唯一 _id：每个文档都有一个唯一的 _id 字段
4. 灵活模式：同一集合中的文档可以有不同的字段

_id 字段

_id 是每个文档的默认主键，具有以下特点：

• 自动创建，如果未指定则使用 ObjectId
• 唯一标识集合中的每个文档
• 不可更改

// 手动指定 _id
db.users.insertOne({ _id: 1, name: "张三" })

// 自动生成 ObjectId
db.users.insertOne({ name: "李四" })

BSON 数据类型

MongoDB 使用 BSON（Binary JSON）存储数据，它支持比 JSON 更多的数据类型。

常用数据类型

类型	示例	说明
Double	3.14	双精度浮点数
String	"hello"	字符串
Object	{ a: 1 }	内嵌文档
Array	[1, 2, 3]	数组
ObjectId	ObjectId("...")	文档 ID
Boolean	true / false	布尔值
Date	ISODate("...")	日期时间
Null	null	空值
Integer	42	整数
Long	NumberLong("...")	长整数
Decimal	Decimal128("...")	高精度小数

数据类型示例

// 各种数据类型的文档
db.test.insertOne({
  string: "Hello World",
  number: 42,
  float: 3.14159,
  boolean: true,
  date: new Date(),
  null: null,
  array: [1, 2, 3],
  object: { key: "value" },
  objectId: ObjectId(),
  long: NumberLong("123456789"),
  decimal: NumberDecimal("99.99")
})

// 查看数据类型
db.test.findOne()

灵活模式（Flexible Schema）

MongoDB 的集合不强制要求统一的文档结构，这提供了很大的灵活性。

示例：同一集合中的不同文档

// 文档 A
{ name: "Alice", age: 25 }

// 文档 B（不同的字段）
{ name: "Bob", email: "[email protected]" }

// 文档 C（额外的嵌套结构）
{ 
  name: "Charlie", 
  address: { 
    city: "Shanghai",
    country: "China"
  }
}

使用场景

灵活模式适用于：

• 快速原型开发
• 业务需求频繁变化
• 文档结构差异大的场景

模式验证（Schema Validation）

MongoDB 4.0+ 支持模式验证，可以限制集合中的文档结构：

db.createCollection("products", {
  validator: {
    $jsonSchema: {
      bsonType: "object",
      required: ["name", "price"],
      properties: {
        name: {
          bsonType: "string",
          description: "产品名称，必填"
        },
        price: {
          bsonType: "number",
          minimum: 0,
          description: "价格，必须大于等于 0"
        },
        category: {
          bsonType: "string",
          enum: ["electronics", "clothing", "food"]
        }
      }
    }
  }
})

MongoDB 数据模型设计

嵌入 vs 引用

MongoDB 提供了两种方式来处理关联数据：

1. 嵌入（Embedding）

将相关数据存储在同一个文档中：

{
  "_id": 1,
  "name": "Order 001",
  "customer": {
    "name": "张三",
    "email": "[email protected]"
  },
  "items": [
    { "product": "iPhone", "qty": 1 },
    { "product": "AirPods", "qty": 2 }
  ]
}

适用场景：

• 数据经常一起查询
• 是一对或一对少的关系
• 不需要频繁更新嵌入的数据

2. 引用（Reference）

通过 ID 引用其他集合的文档：

// orders 集合
{
  "_id": 1,
  "customerId": 101,
  "items": [...]
}

// customers 集合
{
  "_id": 101,
  "name": "张三",
  "email": "[email protected]"
}

适用场景：

• 数据需要单独管理
• 是一对多的关系
• 需要频繁更新关联数据
• 需要跨集合共享数据

选择建议

实战示例

创建完整的数据库结构

// 1. 创建数据库
use myapp

// 2. 创建用户集合（带验证规则）
db.createCollection("users", {
  validator: {
    $jsonSchema: {
      bsonType: "object",
      required: ["username", "email", "createdAt"],
      properties: {
        username: {
          bsonType: "string",
          minLength: 3,
          maxLength: 20
        },
        email: {
          bsonType: "string",
          pattern: "^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$"
        },
        age: {
          bsonType: "int",
          minimum: 0,
          maximum: 150
        },
        createdAt: {
          bsonType: "date"
        }
      }
    }
  }
})

// 3. 插入示例文档
db.users.insertMany([
  {
    username: "zhangsan",
    email: "[email protected]",
    age: 28,
    createdAt: new Date("2024-01-15"),
    tags: ["developer", "admin"]
  },
  {
    username: "lisi",
    email: "[email protected]",
    age: 32,
    createdAt: new Date("2024-02-01"),
    profile: {
      city: "Shanghai",
      bio: "Full stack developer"
    }
  }
])

// 4. 查询验证
db.users.find()

小结

本章我们学习了：

1. 数据库：MongoDB 实例中的数据容器
2. 集合：存储文档的容器，类似于表
3. 文档：基本数据单元，使用 BSON 格式
4. BSON 数据类型：支持多种数据类型
5. 灵活模式：文档结构可以灵活变化
6. 数据建模：嵌入 vs 引用的选择

这些概念是理解和使用 MongoDB 的基础，下一章我们将学习如何进行 CRUD 操作。