MongoDB 入土基础笔记

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快速开始：安装与连通性
基础操作：CRUD、聚合与 explain()
数据建模：文档结构与常见反模式
索引实战：类型、组合与覆盖查询
事务实战：单机、副本集与 分片事务
高可用：复制集（Replica Set）
水平扩展：分片（Sharding）
性能与可观测：Profiler、慢查询、连接池调优
安全加固：认证、RBAC、SCRAM、TLS
备份与恢复：mongodump / mongorestore 与快照
常用高级特性：更改流、TTL、模式校验、时序集合、地理 / 全文
应用接入与连接池：Node.js 与 Python
常见踩坑清单与排错思路

1) 快速开始：安装与连通性

1.1 使用 Docker（推荐本地试用）

docker run -d --name mongo \
  -p 27017:27017 \
  -v $PWD/data:/data/db \
  mongodb/mongodb-community-server:latest

官方社区版镜像（Docker Hub）见“mongodb/mongodb-community-server”。(MongoDB)

1.2 mongosh 连接

# 安装 mongosh（也可用独立安装包）# 之后连接本地实例：mongosh "mongodb://localhost:27017"

mongosh 是官方交互式 Shell，支持 CRUD、聚合与管理脚本。(MongoDB)

1.3 GUI：Compass

Windows/macOS/Linux 一键安装，内置索引面板、聚合构建器与 Explain 视图。(MongoDB)

2) 基础操作：CRUD、聚合与 `explain()`

// mongosh
use shop
db.orders.insertMany([{userId:1, amount: 99, ts: new Date()}, {userId:1, amount: 39, ts: new Date()}])
db.orders.find({userId:1}).sort({ts:-1}).limit(10)

// 聚合例：按用户统计消费
db.orders.aggregate([
  {$match: {ts: {$gte: ISODate("2025-01-01")}}},
  {$group: {_id:"$userId", total: {$sum:"$amount"}, cnt: {$sum:1}}},
  {$sort: {total:-1}}
])

// 性能剖析：查看优化器选择与索引使用
db.orders.explain("executionStats").find({userId:1}).sort({ts:-1}).limit(10)

聚合管道与主要阶段、$lookup、窗口函数等详见官方手册；explain() 可查看计划与统计。(MongoDB)

3) 数据建模：文档结构与常见反模式

按查询建模：围绕读写路径组织文档，而非机械地“表 - 外键”搬运。
关注 反模式：无界数组、巨型文档、过多集合、过度归一化 / 反归一化混乱等，都是性能杀手。(MongoDB)

进一步学习可看 MongoDB University 的模式设计课程与案例。(learn.mongodb.com)

4) 索引实战：类型、组合与覆盖查询

4.1 常见索引类型

单键 / 复合索引（B-Tree）
多键索引：数组 / 嵌套数组字段自动成为多键索引。(mongodb.ac.cn)
TTL 索引：按 expireAfterSeconds 自动过期文档（适合日志、会话）。(MongoDB)
文本索引：基本全文搜索（注意它与 Atlas Search 的区别）。(MongoDB)
2dsphere：地理空间查询 / 排序。(mongodb.net.cn)
通配符（Wildcard）索引：应对动态 / 未知字段键。(MongoDB)
部分索引：只为满足过滤条件的文档建立索引，节省空间。(MongoDB)

4.2 组合索引与排序

组合索引 字段顺序 要与高频查询的 等值 / 排序 / 范围 模式匹配（等值放前、排序次之、范围最后）。官方“查询优化”专题有覆盖索引与排序注意事项。(MongoDB)

4.3 覆盖查询（Covered Query）

查询条件与返回字段都包含在同一索引时，可不回表，显著减少 IO。可用 explain() 验证。(MongoDB)

小贴士：创建索引后用 db.collection.getIndexes() 检查、用 explain() 验证实际是否命中。

5) 事务实战：单机 / 副本集 / 分片事务

MongoDB 支持 多文档事务 （WiredTiger 存储引擎）。在 4.2+ 的分片集群 中也支持 分布式事务。(MongoDB)

mongosh（副本集或分片）示例：

session = db.getMongo().startSession()
session.startTransaction()
try {session.getDatabase("shop").orders.insertOne({userId:2, amount:10})
  session.getDatabase("shop").users.updateOne({id:2}, {$inc:{balance:-10}})
  session.commitTransaction()} catch (e) {session.abortTransaction()
  throw e
}

事务语义、限制与最佳实践详见“Transactions”与“Transactions and Atomicity”。(MongoDB)

6) 高可用：复制集（Replica Set）

至少 3 节点（Primary/Secondary/Secondary）以抗故障，写入 Primary、读取可设优先级策略。
部署与初始化可参考官方“部署副本集”教程。(MongoDB)

7) 水平扩展：分片（Sharding）

适合 超大数据量 / 高吞吐，需要选择合理的 Shard Key，并在集合上 shardCollection。
默认 Chunk 大小为 128MB，Balancer 负责跨分片均衡。(MongoDB)

基本流程（mongosh 连接 mongos）：

sh.enableSharding("shop")
db.adminCommand({
  shardCollection: "shop.orders",
  key: {userId: 1, ts: -1} // 示例
})

分片操作命令与管理流程详见手册。(MongoDB)

8) 性能与可观测：Profiler、慢查询、连接池

8.1 Profiler 与慢查询

开启 Database Profiler 记录慢操作；结合 explain("executionStats") 定位表扫 / 索引、排序与回表。(MongoDB)

8.2 连接池调优（驱动侧）

关键参数：maxPoolSize、minPoolSize、connectTimeoutMS、socketTimeoutMS、maxTimeMS（服务器取消长任务）。
计算 应用侧总连接 与mongod 入站连接 时要考虑副本集成员数与应用实例数。详见官方“连接池设置调优”。(mongodb.ac.cn)

9) 安全加固：认证、RBAC、SCRAM、TLS

启用访问控制（授权 / 认证），创建 admin 用户与业务读写用户。(mongodb.ac.cn)
默认认证机制为 SCRAM（推荐 SCRAM-SHA-256），所有官方驱动均支持。(mongodb.ac.cn)

最小示例：

# 1) 无认证启动一次，创建管理员
mongod --dbpath /data/db
# 另开终端
mongosh
use admin
db.createUser({user:"root", pwd: passwordPrompt(), roles:["userAdminAnyDatabase","readWriteAnyDatabase"]})

# 2) 开启认证（mongod.conf）security:
  authorization: enabled

# 3) 重启并用凭证连接
mongod --config /etc/mongod.conf
mongosh "mongodb://root@localhost/admin" --password

开启访问控制与 SCRAM 认证的自托管流程详见官方教程。(mongodb.ac.cn)

10) 备份与恢复：工具与快照

自管环境常用 mongodump / mongorestore（逻辑备份），也可使用 文件系统快照 或 Atlas 托管备份。
分片集群的备份 / 恢复有 专门流程，务必按官方步骤执行。(MongoDB)

示例：

# 逻辑备份整个实例到 dump/ 目录
mongodump --uri="mongodb://root:***@localhost/admin"

# 从归档恢复（单文件）mongorestore --archive=full-2025-10-11.archive --nsInclude="shop.*"

11) 常用高级特性

Change Streams（更改流）：订阅集合 / 库 / 全集群数据变更事件（无需手动 tail oplog），支持前 / 后镜像（6.0+）。(MongoDB)
TTL 索引：自动过期数据（会话、日志）。(MongoDB)
Schema Validation（JSON Schema）：在服务端做结构约束与校验。(mongodb.asprain.cn)
Time Series（时序集合）：写入按 bucket 聚合，压缩与查询更高效，适合监控 /IoT。(MongoDB)
2dsphere 地理查询 、 文本索引 见第 4 节。(mongodb.net.cn)

12) 应用接入与连接池：Node.js / Python

12.1 Node.js 官方驱动

npm i mongodb

// src/db.ts
import {MongoClient} from "mongodb";

const uri = process.env.MONGO_URI || "mongodb://root:pass@localhost:27017/?authSource=admin";
export const client = new MongoClient(uri, {
  maxPoolSize: 200,   // 并发连接上限
  minPoolSize: 10,    // 预热连接
  connectTimeoutMS: 5000,
  socketTimeoutMS: 15000,
});

export async function run() {await client.connect();
  const col = client.db("shop").collection("orders");
  const doc = await col.find({userId: 1}).sort({ts: -1}).limit(10).toArray();
  console.log(doc);
}

Node.js 驱动 Quick Start / Get Started 与文档总览。连接池参数与调优见第 8 节。(MongoDB)

12.2 Python（PyMongo）

pip install "pymongo>=4.10"

# app.py
from pymongo import MongoClient
client = MongoClient(
    "mongodb://root:pass@localhost:27017/?authSource=admin",
    maxPoolSize=200, minPoolSize=10,
    socketTimeoutMS=15000, connectTimeoutMS=5000,
)
col = client["shop"]["orders"]
print(list(col.find({"userId": 1}).sort("ts", -1).limit(10)))

PyMongo 入门与官方文档。(MongoDB)

13) 常见踩坑清单与排错思路

分页深页慢 ：用 延迟游标（基于上次最大键）替代 skip/limit 深翻；或使用覆盖索引 +$gt/$lt。参见“查询优化”。(MongoDB)
函数包裹导致索引失效：把 DATE(ts)=... 改成范围查询（ts >= ... AND ts < ...）。
复合索引顺序不当：将等值字段放前，排序字段其后，范围字段最后；用 explain() 验证是否 **“IXSCAN + SORT=0”**。(MongoDB)
分片键选择不佳 ：不要用低基数 / 热点键；必要时选择 复合分片键（含时间 + 业务维度）。(MongoDB)
以为“跨分片不支持事务”：自 4.2 起，支持分布式事务，但注意长事务会放大资源占用，谨慎使用。(MongoDB)
连接数暴涨：检查应用实例数 × 副本集成员数 × maxPoolSize 的乘积，按需下调；正确设置 connectTimeoutMS/socketTimeoutMS。(mongodb.ac.cn)
未开启认证：生产务必启用 RBAC + SCRAM，并最小化权限。(mongodb.ac.cn)
备份不可用：分片集群直接 mongodump/mongorestore 需要遵循专用流程；生产建议快照 + 定期演练恢复。(MongoDB)

附录 · 常用命令速查

// 创建索引（复合 + 排序友好）db.orders.createIndex({userId:1, ts:-1})

// TTL（30 天过期）db.sessions.createIndex({expireAt:1}, {expireAfterSeconds: 0})
// 文档中将 expireAt 写成未来时间点

// 文本索引
db.posts.createIndex({content: "text", title: "text"})

// 地理索引
db.stores.createIndex({location: "2dsphere"})

// Wildcard
db.events.createIndex({"payload.$**": 1})

// JSON Schema 校验
db.createCollection("users", {
  validator: {
    $jsonSchema: {
      bsonType: "object",
      required:["name","age"],
      properties: {age: { bsonType:"int", minimum:0} }
    }
  }
})

各类索引 / 校验的详细语义与限制，见前述相应索引与验证章节的官方文档。(MongoDB)

参考与延伸阅读（官方）

MongoDB 手册（8.0 当前）导航：CRUD/ 聚合 / 索引 / 事务 / 复制 / 分片 / 性能 / 安全等。(mongodb.ac.cn)
聚合、$lookup、窗口函数。(MongoDB)
查询优化、覆盖查询、explain()。(MongoDB)
索引类型：TTL、文本、2dsphere、Wildcard、多键。(MongoDB)
事务与分片事务。(MongoDB)
复制集与分片命令、Chunk 默认大小。(MongoDB)
Profiler 与连接池调优。(MongoDB)
安全与 SCRAM。(mongodb.ac.cn)
备份恢复工具指南。(MongoDB)
更改流与时序集合。(MongoDB)
Node.js / PyMongo 驱动入门。(MongoDB)

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目录

1) 快速开始：安装与连通性

1.1 使用 Docker（推荐本地试用）

1.2 mongosh 连接

1.3 GUI：Compass

2) 基础操作：CRUD、聚合与 `explain()`

3) 数据建模：文档结构与常见反模式

4) 索引实战：类型、组合与覆盖查询

4.1 常见索引类型

4.2 组合索引与排序

4.3 覆盖查询（Covered Query）

5) 事务实战：单机 / 副本集 / 分片事务

6) 高可用：复制集（Replica Set）

7) 水平扩展：分片（Sharding）

8) 性能与可观测：Profiler、慢查询、连接池

8.1 Profiler 与慢查询

8.2 连接池调优（驱动侧）

9) 安全加固：认证、RBAC、SCRAM、TLS

10) 备份与恢复：工具与快照

11) 常用高级特性

12) 应用接入与连接池：Node.js / Python

12.1 Node.js 官方驱动

12.2 Python（PyMongo）

13) 常见踩坑清单与排错思路

附录 · 常用命令速查

参考与延伸阅读（官方）

数据科学编程群聊

网站安全认证

MongoDB 入土基础笔记

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1) 快速开始：安装与连通性

1.1 使用 Docker（推荐本地试用）

1.2 mongosh 连接

1.3 GUI：Compass

2) 基础操作：CRUD、聚合与 explain()

3) 数据建模：文档结构与常见反模式

4) 索引实战：类型、组合与覆盖查询

4.1 常见索引类型

4.2 组合索引与排序

4.3 覆盖查询（Covered Query）

5) 事务实战：单机 / 副本集 / 分片事务

6) 高可用：复制集（Replica Set）

7) 水平扩展：分片（Sharding）

8) 性能与可观测：Profiler、慢查询、连接池

8.1 Profiler 与慢查询

8.2 连接池调优（驱动侧）

9) 安全加固：认证、RBAC、SCRAM、TLS

10) 备份与恢复：工具与快照

11) 常用高级特性

12) 应用接入与连接池：Node.js / Python

12.1 Node.js 官方驱动

12.2 Python（PyMongo）

13) 常见踩坑清单与排错思路

附录 · 常用命令速查

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2) 基础操作：CRUD、聚合与 `explain()`