1.1 业务应用场景
传统的关系型数据库（如MySQL），在数据操作的“三高”需求以及应对Web2.0的网站需求面前，显得力不从心。“三高”需求：
- High performance - 对数据库高并发读写的需求。
- Huge Storage - 对海量数据的高效率存储和访问的需求。
- High Scalability && High Availability- 对数据库的高可扩展性和高可用性的需求。
MongoDB应用场景
- 社交场景：使用 MongoDB 存储存储用户信息，以及用户发表的朋友圈信息，通过地理位置索引实现附近的人、地点等功能。
- 游戏场景：使用 MongoDB 存储游戏用户信息，用户的装备、积分等直接以内嵌文档的形式存储，方便查询、高效率存储和访问。
- 物流场景：使用 MongoDB 存储订单信息，订单状态在运送过程中会不断更新，以 MongoDB 内嵌数组的形式来存储，一次查询就能将订单所有的变更读取出来。
- 物联网场景：使用 MongoDB 存储所有接入的智能设备信息，以及设备汇报的日志信息，并对这些信息进行多维度的分析。
- 视频直播：使用 MongoDB 存储用户信息、点赞互动信息等。
这些应用场景中，数据操作方面的共同特点是：
（1）数据量大
（2）写入操作频繁（读写都很频繁）
（3）价值较低的数据，对事务性要求不高
对于这样的数据，我们更适合使用MongoDB来实现数据的存储。
MongoDB什么时候用
在架构选型上，除了上述的三个特点外，如果你还犹豫是否要选择它？可以考虑以下的一些问题：
- 应用不需要事务及复杂 join 支持
- 新应用，需求会变，数据模型无法确定，想快速迭代开发
- 应用需要2000-3000以上的读写QPS（更高也可以）
- 应用需要TB甚至 PB 级别数据存储
- 应用发展迅速，需要能快速水平扩展
- 应用要求存储的数据不丢失
- 应用需要99.999%高可用
- 应用需要大量的地理位置查询、文本查询
如果上述有1个符合，可以考虑 MongoDB，2个及以上的符合，选择 MongoDB 绝不会后悔。
思考：如果用MySQL呢？
答：相对MySQL，可以以更低的成本解决问题（包括学习、开发、运维等成本）
1.2 MongoDB简介
MongoDB是一个开源、高性能、无模式的文档型数据库，当初的设计就是用于简化开发和方便扩展，是NoSQL数据库产品中的一种。是最像关系型数据库（MySQL）的非关系型数据库。
它支持的数据结构非常松散，是一种类似于 JSON 的格式叫BSON，所以它既可以存储比较复杂的数据类型，又相当的灵活。 MongoDB中的记录是一个文档，它是一个由字段和值对（field:value）组成的数据结构。MongoDB文档类似于JSON对象，即一个文档认为就是一个对象。字段的数据类型是字符型，它的值除了使用基本的一些类型外，还可以包括其他文档、普通数组和文档数组。
1.3 体系结构
SQL术语/概念 |
MongoDB术语/概念 |
解释/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 |
field |
数据字段/域 |
index |
index |
索引 |
table joins |
嵌入文档 |
表连接MongoDB不支持，通过嵌入式文档替代多表连接 |
primary key |
primary key |
主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键 |
1.4 数据模型
MongoDB的最小存储单位就是文档(document)对象。文档(document)对象对应于关系型数据库的行。数据在MongoDB中以BSON（Binary-JSON）文档的格式存储在磁盘上。
BSON（Binary Serialized Document Format）是一种类json的一种二进制形式的存储格式，简称Binary JSON。BSON和JSON一样，支持内嵌的文档对象和数组对象，但是BSON有JSON没有的一些数据类型，如Date和BinData类型。 BSON采用了类似于 C 语言结构体的名称、对表示方法，支持内嵌的文档对象和数组对象，具有轻量性、可遍历性、高效性的三个特点，可以有效描述非结构化数据和结构化数据。这种格式的优点是灵活性高，但它的缺点是空间利用率不是很理想。
Bson中，除了基本的JSON类型：string,integer,boolean,double,null,array和object，mongo还使用了特殊的数据类型。这些类型包括 date,object id,binary data,regular expression 和code。每一个驱动都以特定语言的方式实现了这些类型，查看你的驱动的文档来获取详细信息。
BSON数据类型参考列表：
数据类型 |
描述 |
举例 |
字符串 |
UTF-8字符串都可表示为字符串类型的数据 |
{"x" : "foobar"} |
对象id |
对象id是文档的12字节的唯一ID |
{"X" :ObjectId() } |
布尔值 |
真或者假：true或者false |
{"x":true}+ |
数组 |
值的集合或者列表可以表示成数组 |
{"x" ： ["a", "b", "c"]} |
32位整数 |
类型不可用。JavaScript仅支持64位浮点数，所以32位整数会被自动转换。 |
shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数 |
64位整数 |
不支持这个类型。shell会使用一个特殊的内嵌文档来显示64位整数 |
shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数 |
64位浮点数 |
shell中的数字就是这一种类型 |
{"x"：3.14159，"y"：3} |
null |
表示空值或者未定义的对象 |
{"x":null} |
undefined |
文档中也可以使用未定义类型 |
{"x":undefined} |
符号 |
shell不支持，shell会将数据库中的符号类型的数据自动转换成字符串 |
|
正则表达式 |
文档中可以包含正则表达式，采用JavaScript的正则表达式语法 |
{"x" ： /foobar/i} |
代码 |
文档中还可以包含JavaScript代码 |
{"x" ： function() { /* …… */ }} |
二进制数据 |
二进制数据可以由任意字节的串组成，不过shell中无法使用 |
1.5 MongoDB的特点
1. 高性能：
MongoDB提供高性能的数据持久化，特别是对嵌入式数据模型的支持，减少了数据库系统上的I/O操作。索引支持更快的查询，并且可以包含来自嵌入式文档和数组的键。文本索引解决搜索的需求、TTL索引解决历史数据自动过期的需求、地理位置索引可用于构建各种 O2O 应用） mmapv1、wiredtiger、mongorocks（rocksdb）、in-memory 等多引擎支持满足各种场景需求。 Gridfs解决文件存储的需求。
2. 丰富的查询语言：
MongoDB支持丰富的查询语言，以支持读写操作（CRUD）以及数据聚合、文本搜索和地理空间查询等高级功能。其语法类似于面向对象的查询语言，可以实现大部分关系数据库单表查询功能。
3. 高可用性：
MongoDB具有高可用性，可以通过自动分片、复制、负载均衡等技术确保在多台服务器上的水平扩展，提高系统容错性。MongoDB的复制工具称为副本集（replica set），它可提供自动故障转移和数据冗余。
4. 数据结构灵活：
MongoDB采用面向文档的数据结构，支持BSON格式，数据结构由键值（key-value）对组成。这使得MongoDB能够存储复杂的数据类型，如内嵌对象和数组。
5. 易于使用和部署：
MongoDB具有简单的安装和配置过程，适用于各种应用场景。此外，MongoDB提供了丰富的文档和社区支持，便于用户学习和使用。
6. 分布式架构：
MongoDB支持分布式部署，可以在多台服务器上进行水平扩展，以应对高并发和大数据量需求。
7. 开源：
MongoDB是一款开源软件，具有活跃的社区支持和不断发展的生态系统，可方便地集成到各种项目中。
8. 弹性：
MongoDB能够根据业务需求和数据量自动调整资源分配，实现弹性的横向扩展。
9. 数据库和数据分离：
MongoDB将数据存储和应用程序逻辑分离，使得数据可以独立于应用程序进行迁移、备份和恢复。
10. 兼容性：
MongoDB可以与多种编程语言和框架集成，如Python、Java、JavaScript等。
