Python开发之基础Mongodb

Mongodb简介

Mongodb是一个分布式存储的NoSQL数据库，运行稳定、性能高，旨在于为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

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中。
面向集合的存储：适合存储JSON风格格式的形式
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，支持主从模式以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，可轻易的查询文档中的内嵌的对象以及数组
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：支持二进制数据以及大型数据。

Mongodb中的名词

SQL术语	MongoDB术语	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	filed	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设置为主键

MongoDB中的三元素：数据库、集合、文档。

集合就是关系型数据库中的表

文档就是对应关系数据库中的行，文档就是一个对象，由键值对组成，是json的扩展Bson形式

数据库安装

1、下载完安装包，并解压 tgz

curl -O https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-3.0.6.tgz    # 下载
tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-3.0.6.tgz                                   # 解压

mv  mongodb-linux-x86_64-3.0.6/ /usr/local/mongodb

2、MongoDB 的可执行文件位于 bin 目录下，所以可以将其添加到 PATH 路径中：

export PATH=/usr/local/mongodb/bin:$PATH

3、MongoDB的数据存储在data目录的db目录下，但是这个目录在安装过程不会自动创建，所以你需要手动创建data目录，并在data目录中创建db目录。

mkdir -p /data/db

4、你可以在命令行中执行mongo安装目录中的bin目录执行mongod命令来启动mongdb服务。

./mongod
2018-08-15T22:03:29.771+0800 I STORAGE  [initandlisten] exception in initAndListen: 98 Unable to create/open lock file: /data/db/mongod.lock errno:13 Permission denied Is a mongod instance already running?, terminating
2018-08-15T22:03:29.771+0800 I CONTROL  [initandlisten] dbexit:  rc: 100

如果你在安装目录下执行./mongod报上述错误，表示没有权限，所以就要加权限

sudo chmod 777 -R /data

再次执行./mongod

5、MongoDB后台管理Shell

如果你需要进入MongoDB后台管理，你需要先打开mongodb装目录的下的bin目录，然后执行mongo命令文件。

MongoDB Shell是MongoDB自带的交互式Javascript shell,用来对MongoDB进行操作和管理的交互式环境。

python@python:/usr/local/mongodb/bin$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
Welcome to the MongoDB shell.
For interactive help, type "help".
For more comprehensive documentation, see
    http://docs.mongodb.org/
Questions? Try the support group
    http://groups.google.com/group/mongodb-user
> 
> 
> 2+3
5

6、MongoDB web用户界面

MongoDB 提供了简单的 HTTP 用户界面。如果你想启用该功能，需要在启动的时候指定参数 --rest 。

注意：该功能只适用于 MongoDB 3.2 及之前的早期版本。

$ ./mongod --dbpath=/data/db --rest

MongoDB 的 Web 界面访问端口比服务的端口多1000。

如果你的MongoDB运行端口使用默认的27017，你可以在端口号为28017访问web用户界面，即地址为：http://localhost:28017。

数据库基本操作

1、数据库切换

查看当前数据库名称
> db
test
查看所有数据库名称
> show dbs
local  0.078GB
创建数据库
> use test1
switched to db tst

2、数据库删除

数据库删除
db.dropDatabase

3、数据集合

MongoDB 中使用 createCollection() 方法来创建集合。
db.createCollection(name, options)
参数说明：
name: 要创建的集合名称
options: 可选参数, 指定有关内存大小及索引的选项

options 可以是如下参数：

字段	类型	描述
capped	布尔	（可选）如果为 true，则创建固定集合。固定集合是指有着固定大小的集合，当达到最大值时，它会自动覆盖最早的文档。当该值为 true 时，必须指定 size 参数。
autoIndexId	布尔	（可选）如为 true，自动在 _id 字段创建索引。默认为 false。
size	数值	（可选）为固定集合指定一个最大值（以字节计）。如果 capped 为 true，也需要指定该字段。
max	数值	（可选）指定固定集合中包含文档的最大数量。

在插入文档时，MongoDB 首先检查固定集合的 size 字段，然后检查 max 字段。

不限制集合的大小

> db.createCollection("name")
{ "ok" : 1 }

创建固定集合 mycol，整个集合空间大小 6142800 KB, 文档最大个数为 10000 个。

> db.createCollection("mycol",{capped:true,autoIndexId:true,size:8142800,max:10000})
{ "ok" : 1 }

如果要查看已有集合，可以使用 show collections 命令：

> show collections
mycol
name
runoob
system.indexes

删除集合：db.集合名称.drop()

> db.mycol.drop()
true

4、数据类型

常见数据类型

Object ID：文档类型
String：字符串，最常用必须是UTF-8
Boolean：存储一个布尔值，true或false
Integer：整数可以是32位或64位，取决于服务器
Double：存储浮点数
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：存储当前日期的UNIX时间格式

5、插入

MongoDB 使用 insert() 或 save() 方法向集合中插入文档，语法如下：

db.COLLECTION_NAME.insert(document)

> db.mycol.insert({title:'Mongodb',descr:'课程'})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> show dbs

6、查找

> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "Mongodb" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "Mongodb", "descr" : "课程" }

更新

update() 方法用于更新已存在的文档。语法格式如下：

db.collection.update(
   <query>,
   <update>,
   {
     upsert: <boolean>,
     multi: <boolean>,
     writeConcern: <document>
   }
)

参数说明：

query : update的查询条件，类似sql update查询内where后面的。
update : update的对象和一些更新的操作符（如$,$inc...）等，也可以理解为sql update查询内set后面的
upsert : 可选，这个参数的意思是，如果不存在update的记录，是否插入objNew,true为插入，默认是false，不插入。
multi : 可选，mongodb 默认是false,只更新找到的第一条记录，如果这个参数为true,就把按条件查出来多条记录全部更新。
writeConcern :可选，抛出异常的级别。

> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "Mongodb" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "Mongodb", "descr" : "课程" }
{ "_id" : ObjectId("5b758bc25591ee81f5f24104"), "name" : "hr", "age" : "18" }
> db.mycol.update({name:'hr'},{name:"gj"})
WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })
> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "Mongodb" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "Mongodb", "descr" : "课程" }
{ "_id" : ObjectId("5b758bc25591ee81f5f24104"), "name" : "gj" }

以上语句只会修改第一条发现的文档，如果你要修改多条相同的文档，则需要设置 multi 参数为 true

> db.mycol.update({},{$set:{title:'python'}},{multi:true})
WriteResult({ "nMatched" : 3, "nUpserted" : 0, "nModified" : 2 })
> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "python", "descr" : "课程" }
{ "_id" : ObjectId("5b758bc25591ee81f5f24104"), "name" : "gj", "title" : "python" }

7、保存

save() 方法通过传入的文档来替换已有文档。语法格式如下：

db.collection.save(
   <document>,
   {
     writeConcern: <document>
   }
)
参数说明：

document : 文档数据。
writeConcern :可选，抛出异常的级别。

> db.mycol.save({name:'java'})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "python", "descr" : "课程" }
{ "_id" : ObjectId("5b758bc25591ee81f5f24104"), "name" : "gj", "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b758e725591ee81f5f24105"), "name" : "java" }

8、删除文档

remove() 方法的基本语法格式如下所示：
db.collection.remove(
   <query>,
   <justOne>
)

> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7589f65591ee81f5f24102"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b758a145591ee81f5f24103"), "title" : "python", "descr" : "课程" }
{ "_id" : ObjectId("5b758bc25591ee81f5f24104"), "name" : "gj", "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b758e725591ee81f5f24105"), "name" : "java" }
> db.mycol.remove({title:'python'})
WriteResult({ "nRemoved" : 3 })
> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b758e725591ee81f5f24105"), "name" : "java" }

全部删除

> db.mycol.remove({})

9、数据查询

MongoDB 查询数据的语法格式如下：

db.collection.find(query, projection)
query ：可选，使用查询操作符指定查询条件
projection ：可选，使用投影操作符指定返回的键。查询时返回文档中所有键值， 只需省略该参数即可（默认省略）。
如果你需要以易读的方式来读取数据，可以使用 pretty() 方法，语法格式如下：
>db.col.find().pretty()

> db.mycol.findOne()
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }

> db.mycol.find().pretty()
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }

10、条件操作符

MongoDB中条件操作符有：

(>) 大于 - $gt
(<) 小于 - $lt
(>=) 大于等于 - $gte
(<= ) 小于等于 - $lte

> db.mycol.insert({age:12})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.mycol.find({'age':{$lt:13}})
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }

Select * from mycol where age < 13;

11、模糊匹配

查询 title 包含"教"字的文档：

db.col.find({title:/教/})
查询 title 字段以"教"字开头的文档：

db.col.find({title:/^教/})
查询 titl e字段以"教"字结尾的文档：

db.col.find({title:/教$/})

12、使用函数查询，其实就是js

> db.mycol.find({$where: function(){return this.age==12}} )
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }

13、limit

如果你需要在MongoDB中读取指定数量的数据记录，可以使用MongoDB的Limit方法，limit()方法接受一个数字参数，该参数指定从MongoDB中读取的记录条数。

> db.mycol.find().limit(2)
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }

我们除了可以使用limit()方法来读取指定数量的数据外，还可以使用skip()方法来跳过指定数量的数据，skip方法同样接受一个数字参数作为跳过的记录条数。

> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }
> db.mycol.find().limit(2)
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }
> db.mycol.find().limit(2).skip(1)
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
> db.mycol.find().limit(2).skip(2)
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }

14、排序

在 MongoDB 中使用 sort() 方法对数据进行排序，sort() 方法可以通过参数指定排序的字段，并使用 1 和 -1 来指定排序的方式，其中 1 为升序排列，而 -1 是用于降序排列。

> db.mycol.find().sort({"age":-1})
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
> db.mycol.find().sort({"age":-1,"title":1})
{ "_id" : ObjectId("5b7593385591ee81f5f24106"), "age" : "12" }
{ "_id" : ObjectId("5b7593845591ee81f5f24107"), "age" : 12 }
{ "_id" : ObjectId("5b7592253a1d5dd1beb2b7ac"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b75922d3a1d5dd1beb2b7ad"), "title" : "python" }

15、统计

> db.sub.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7591b73a1d5dd1beb2b7aa"), "title" : "java" }
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ade5591ee81f5f24108"), "title" : "c++" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae35591ee81f5f24109"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae75591ee81f5f2410a"), "title" : "css" }
> db.sub.find().count()
5

MongoDB聚合操作

聚合

MongoDB中聚合(aggregate)主要用于处理数据(诸如统计平均值,求和等)，并返回计算后的数据结果。有点类似sql语句中的 count(*)。

MongoDB中聚合的方法使用aggregate()。

聚合框架中常用的几个操作：

$project：修改输入文档的结构。可以用来重命名、增加或删除域，也可以用于创建计算结果以及嵌套文档。
$match：用于过滤数据，只输出符合条件的文档。$match使用MongoDB的标准查询操作。
$limit：用来限制MongoDB聚合管道返回的文档数。
$skip：在聚合管道中跳过指定数量的文档，并返回余下的文档。
$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。
$group：将集合中的文档分组，可用于统计结果。
$sort：将输入文档排序后输出。
$geoNear：输出接近某一地理位置的有序文档

> db.sub.aggregate([{$group:{"_id":'$title',counter:{$sum:1}}}])
{ "_id" : "css", "counter" : 1 }
{ "_id" : null, "counter" : 3 }
{ "_id" : "js", "counter" : 1 }
{ "_id" : "python", "counter" : 1 }
{ "_id" : "c++", "counter" : 1 }
{ "_id" : "java", "counter" : 1 }

$match用于过滤数据，只显示符合条件的文档

> db.sub.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7591b73a1d5dd1beb2b7aa"), "title" : "java" }
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ade5591ee81f5f24108"), "title" : "c++" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae35591ee81f5f24109"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae75591ee81f5f2410a"), "title" : "css" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ea05591ee81f5f2410b"), "price" : 12000 }
{ "_id" : ObjectId("5b759ea45591ee81f5f2410c"), "price" : 11000 }
{ "_id" : ObjectId("5b759eaa5591ee81f5f2410d"), "price" : 10000 }
> db.sub.aggregate([{$match:{'price':{$gt:10000}}}])
{ "_id" : ObjectId("5b759ea05591ee81f5f2410b"), "price" : 12000 }
{ "_id" : ObjectId("5b759ea45591ee81f5f2410c"), "price" : 11000 }

$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

例如：只显示counter，不显示id

> db.sub.aggregate([{$group:{"_id":'$title',counter:{$sum:1}}},{$project:{_id:0,counter:1}}])
{ "counter" : 1 }
{ "counter" : 3 }
{ "counter" : 1 }
{ "counter" : 1 }
{ "counter" : 1 }
{ "counter" : 1 }

$limit:限制聚合管道返回额文档数

> db.sub.find()
{ "_id" : ObjectId("5b7591b73a1d5dd1beb2b7aa"), "title" : "java" }
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ade5591ee81f5f24108"), "title" : "c++" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae35591ee81f5f24109"), "title" : "js" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ae75591ee81f5f2410a"), "title" : "css" }
{ "_id" : ObjectId("5b759ea05591ee81f5f2410b"), "price" : 12000 }
{ "_id" : ObjectId("5b759ea45591ee81f5f2410c"), "price" : 11000 }
{ "_id" : ObjectId("5b759eaa5591ee81f5f2410d"), "price" : 10000 }
> db.sub.aggregate([{$limit:2}])
{ "_id" : ObjectId("5b7591b73a1d5dd1beb2b7aa"), "title" : "java" }
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }

$skip

> db.sub.aggregate([{$limit:2}])
{ "_id" : ObjectId("5b7591b73a1d5dd1beb2b7aa"), "title" : "java" }
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }
> db.sub.aggregate([{$limit:2},{$skip:1}])
{ "_id" : ObjectId("5b7591d23a1d5dd1beb2b7ab"), "title" : "python" }

$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。

> db.t2.find()
{ "_id" : 1, "item" : "t-shirt", "size" : [ "S", "M", "L" ] }
> db.t2.aggregate([{$unwind:'$size'}])
{ "_id" : 1, "item" : "t-shirt", "size" : "S" }
{ "_id" : 1, "item" : "t-shirt", "size" : "M" }
{ "_id" : 1, "item" : "t-shirt", "size" : "L" }

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