MongoDB管理与开发精要

内容概要

“红丸”，资深数据库专家，国内MongoDB领域的先驱之一，积累了丰富的实战经验。精通MySQL、SQL Server和DB2等大中型数据库的运维和管理，还擅长Java和C#等技术。此外，他对Redis和分布式计算技术也有一定的研究。活跃于ITPUB等技术社区，发表和分享了大量关于MongoDB和Redis的技术文章，深受社区欢迎。

书籍目录

前言

第一部分　 基　 础　 篇

第1章　 认识MongoDB / 2

1.1　 NoSQL简介 / 2

1.1.1　 产生背景 / 2

1.1.2　 NoSQL的种类及其特性 / 4

1.1.3　 NoSQL特点 / 8

1.1.4　 发展现状 / 8

1.2　 初识MongoDB / 9

1.2.1　 特点及功能 / 10

1.2.2　 适用场合 / 11

1.3　 MongoDB实际应用案例 / 12

1.3.1　 国内案例 / 12

1.3.2　 国外案例 / 12

1.4　 本章小结 / 13

第2章　 快速入门 / 14

2.1　 体系结构 / 14

2.1.1　 数据逻辑结构 / 14

2.1.2　 数据存储结构 / 15

2.1.3　 日志系统 / 17

2.1.4　 元数据的存储 / 18

2.1.5　 数据类型 / 19

2.2　 MongoDB的安装和配置 / 22

2.2.1　 在Windows平台下的安装和配置 / 22

2.2.2　 在Linux平台下的安装和配置 / 23

2.3　 启动数据库 / 25

2.3.1　 命令行方式 / 25

2.3.2　 配置文件方式 / 25

2.3.3　 Daemon方式 / 26

2.3.4　 mongod参数方式 / 26

2.4　 停止数据库 / 27

2.4.1　 Ctrl+C组合键 / 27

2.4.2　 shutdownServer()指令 / 28

2.4.3　 UNIX系统指令 / 28

2.5　 操作数据库 / 29

2.5.1　 连接数据库 / 29

2.5.2　 插入记录 / 29

2.5.3　 查询记录 / 31

2.5.4　 修改记录 / 34

2.5.5　 删除记录 / 34

2.6　 常用GUI管理工具 / 34

2.6.1　 MongoVUE / 34

2.6.2　 RockMongo / 35

2.6.3　 MongoHub / 36

2.7　 本章小结 / 37

第二部分　 高　 级　 篇

第3章　 高级查询 / 40

3.1　 查询操作符 / 40

3.2　 查询语法 / 46

3.2.1　 数组内容的查询 / 47

3.2.2　 内嵌文档的查询 / 47

3.2.3　 正则表达式匹配 / 48

3.2.4　 $where查询 / 48

3.3　 联合查询 / 49

3.3.1　 简单手工关联 / 49

3.3.2　 DBRef方式关联 / 50

3.4　 游标和存储过程 / 51

3.4.1　 游标 / 51

3.4.2　 存储过程 / 52

3.5　 本章小结 / 53

第4章　 高级更新 / 55

4.1　 数据更新命令详解 / 55

4.1.1　 update命令 / 55

4.1.2　 save命令 / 56

4.2　 数据更新操作符 / 57

4.3　 本章小结 / 62

第5章　 高级特性 / 63

5.1　 Capped Collection集合 / 63

5.1.1　 创建Capped Collection / 63

5.1.2　 Capped Collection的用途 / 64

5.1.3　 注意事项 / 64

5.2　 GridFS规范 / 65

5.2.1　 如何实现海量存储 / 65

5.2.2　 命令行工具 / 66

5.3　 MapReduce编程模型 / 68

5.3.1　 Map进行分组 / 69

5.3.2　 Reduce聚合计算 / 69

5.3.3　 Result获取结果 / 70

5.3.4　 Finalize格式化输出 / 70

5.3.5　 Options定制输出 / 71

5.4　 本章小结 / 72

第三部分　 管　 理　 篇

第6章　 管理工具集 / 74

6.1　 数据迁移 / 74

6.1.1　 导出工具mongoexport / 75

6.1.2　 导出工具mongodump / 78

6.1.3　 导入工具mongoimport / 79

6.2　 数据的备份和恢复 / 81

6.2.1　 备份工具mongodump / 81

6.2.2　 恢复工具mongorestore / 84

6.3　 命令行操作 / 86

6.3.1　 通过eval参数执行指定语句 / 86

6.3.2　 执行指定文件中的内容 / 87

6.4　 本章小结 / 88

第7章　 管理命令 / 89

7.1　 克隆collection / 90

7.1.1　 远程克隆collection / 90

7.1.2　 本地克隆collection / 94

7.2　 复制数据库 / 94

7.2.1　 远程复制数据库 / 94

7.2.2　 本地复制数据库 / 96

7.3　 刷新磁盘 / 97

7.4　 捕获异常 / 98

7.4.1　 返回异常信息 / 98

7.4.2　 阻塞客户端 / 99

7.5　 进程控制 / 99

7.5.1　 查看活动进程 / 99

7.5.2　 结束进程 / 100

7.6　 验证collection的有效性 / 100

7.7　 数据压缩 / 101

7.8　 本章小结 / 102

第8章　 访问控制 / 103

8.1　 限制特定IP地址访问 / 104

8.2　 设置监听端口 / 104

8.3　 使用用户名和口令登录 / 105

8.3.1　 建立系统root用户 / 107

8.3.2　 建立指定权限用户 / 108

8.3.3　 删除指定用户 / 109

8.4　 本章小结 / 110

第四部分　 性　 能　 篇

第9章　 索引及优化 / 112

9.1　 MongoDB索引概述 / 112

9.2　 索引操作 / 113

9.2.1　 基础索引 / 113

9.2.2　 静默方式创建索引 / 115

9.2.3　 文档索引 / 115

9.2.4　 组合索引 / 116

9.2.5　 唯一索引 / 116

9.2.6　 强制使用索引 / 117

9.2.7　 删除索引 / 119

9.2.8 　 重建索引 / 119

9.2.9　 explain查看执行计划 / 119

9.3　 优化器Profiler / 121

9.3.1　 开启Profiler功能 / 121

9.3.2　 查询Profiler记录 / 122

9.4　 性能优化概述 / 123

9.4.1　 性能优化的原则 / 123

9.4.2　 影响性能的因素 / 124

9.5　 常用的优化方案 / 124

9.5.1　 创建索引 / 124

9.5.2　 限定返回结果条数 / 125

9.5.3　 只查询用到的字段 / 125

9.5.4　 采用Capped Collection / 126

9.5.5　 采用Server Side Code Execution命令集 / 126

9.5.6　 使用hint / 127

9.5.7　 采用Profiler / 127

9.6　 本章小结 / 128

第10章　 性能监控 / 129

10.1　 mongosniff工具 / 129

10.2　 mongostat工具 / 131

10.3　 db.serverStatus命令 / 132

10.4　 db.stats命令 / 134

10.5　 HTTP监控接口 / 135

10.6　 本章小结 / 136

第五部分　 架　 构　 篇

第11章　 复制集 / 138

11.1　 Replica Sets架构 / 138

11.2　 部署Replica Sets / 139

11.3　 主从操作日志 / 144

11.4　 主从配置信息 / 146

11.5　 管理Replica Sets / 147

11.5.1　 主从切换 / 147

11.5.2　 读写分离 / 149

11.5.3　 故障转移 / 151

11.5.4　 增减节点 / 153

11.6　 本章小结 / 160

第12章　 分片 / 161

12.1　 Sharding简介 / 161

12.1.1　 Sharding的特点 / 161

12.1.2　 Sharding架构 / 162

12.2　 构建一个简单的Sharding Cluster / 163

12.2.1　 启动Shard Server / 163

12.2.2　 启动Config Server / 164

12.2.3　 启动Route Process / 164

12.2.4　 配置Sharding / 164

12.2.5　 验证Sharding / 165

12.3　 维护Sharding / 167

12.3.1　 列出所有的Shard Server / 168

12.3.2　 查看Sharding信息 / 168

12.3.3　 判断是否是Sharding / 169

12.3.4　 对现有的表执行Sharding / 169

12.3.5　 新增Shard Server / 171

12.3.6　 移除Shard Server / 172

12.4　 本章小结 / 175

第13章　 Replica Sets + Sharding方案 / 176

13.1　 Replica Sets+Sharding架构 / 176

13.2　 搭建一个高可用架构 / 177

13.2.1　 创建数据目录 / 177

13.2.2　 配置Replica Sets / 178

13.2.3　 配置3台Config Server / 181

13.2.4　 配置3台Route Process / 181

13.2.5　 配置Shard Cluster / 181

13.2.6　 验证Sharding / 182

13.3　 本章小结 / 183

第六部分　 开　 发　 篇

第14章　 C#开发接口 / 186

14.1　 C#快速入门 / 186

14.1.1　 下载驱动和开发环境 / 186

14.1.2　 访问控制 / 188

14.1.3　 C#对数据库的基础操作 / 189

14.2　 C#驱动一致性 / 194

14.3　 C#常用操作 / 195

14.3.1　 对MongoDB实例的操作 / 195

14.3.2　 对用户的操作 / 198

14.3.3　 对collection的操作 / 202

14.3.4　 对索引的操作 / 208

14.4　 C#高级查询 / 211

14.4.1　 判断列名是否存在 / 211

14.4.2　 比较运算符 / 213

14.4.3　 逻辑运算符 / 221

14.4.4　 正则表达式查询 / 223

14.4.5　 跳过查询 / 224

14.5　 用C#操作GridFS / 225

14.5.1　 插入数据 / 225

14.5.2　 查询数据 / 226

14.5.3　 读取并保存数据 / 227

14.5.4　 删除数据 / 228

14.6　 本章小结 / 229

第15章　 Java开发接口 / 230

15.1　 Java快速入门 / 230

15.1.1　 下载驱动和开发环境 / 230

15.1.2　 访问控制 / 232

15.1.3　 Java对数据库的基础操作 / 233

15.2　 Java驱动一致性 / 237

15.3　 Java常用操作 / 238

15.3.1　 对MongoDB实例的操作 / 238

15.3.2　 对用户的操作 / 241

15.3.3　 对collection的操作 / 243

15.3.4　 对索引的操作 / 250

15.4　 Java高级查询 / 253

15.4.1　 通过游标获取所有document / 253

15.4.2　 比较运算符 / 254

15.4.3　 逻辑运算符 / 263

15.4.4　 正则表达式查询 / 264

15.4.5　 跳过查询 / 265

15.5　 用Java操作GridFS / 266

15.5.1　 插入数据 / 266

15.5.2　 查询数据 / 267

15.5.3　 读取并保存数据 / 268

15.5.4　 删除数据 / 269

15.6　 本章小结 / 270

作者简介

为什么要写这本书

2005年我开始从事J2EE（现在叫Java EE）开发，一年以后正式将精力放在数据库领域，并于当年正式成为DBA（数据库管理员），此后一直从事数据库的管理工作。从DB2 V8到DB2 V9，从SQL Server 2000到SQL Server 2008，从MySQL到MongoDB，6年的时间奋斗在DBA这个领域，至今我依然深爱着这个职业。在以往的日子里，每当遇到疑难问题时，我总是非常耐心地去处理，并享受着解决问题带来的喜悦。

2010年，随着Web 2.0网站的大批涌现，NoSQL数据库逐渐流行起来。与传统的关系型数据库相比，NoSQL数据库具有操作简单、完全免费、源码公开、随时下载等特点，并可以用于各种商业目的。这使NoSQL数据库产品广泛应用于各种大型门户网站和专业网站，大大降低了企业运营成本。同时，NoSQL数据库对传统的关系型数据库造成了一定的冲击，例如，开源数据库代表MySQL已经将Memcached产品嵌入其解决方案中，与此同时，各种商业数据库也在不断推出列式数据处理方案来弥补自身的不足。由此可见，NoSQL的良好发展态势已经是不可逆转的了，它必将主宰未来的互联网数据库市场。MongoDB正是这些NoSQL产品中的杰出代表。

在这种背景下，2010年，机械工业出版社华章公司的杨福川准备筹划一本关于MongoDB实战方面的书，我正好乐意与大家一起分享我多年工作实践的积累以及数据库开发、优化、管理和维护经验，于是我们一拍即合。

此后，我开始蛰伏在北京的某个角落，从日出东方到夕阳西下，经历了不知多少个日日夜夜。看过漫天尘土的春季，浸泡在炎热的夏季，走过落叶纷飞的秋季，不知不觉进入了冬季。漫漫长路，本书终于尘埃落定。

本书全面介绍了MongoDB数据库，重在实战演练，学习思路也是我亲身的学习经历。出于严谨的考虑，本书中的例子都在测试环境上调试通过。这耗费了我大量的时间和精力，但是，如果能够帮助读者以最快的速度掌握一门技术，一切努力都是值得的。

读者对象

全书内容循序渐进、由浅入深，既可以引导初学者入门，又可以帮助具备一定基础的IT技术从业人员进一步提高技术水平，力求不同层次的读者都能从本书中受益。本书的读者对象包括：

q 准备扩展MongoDB知识的开发人员

q 有兴趣了解MongoDB的DBA或数据库应用程序编程人员

q 正在学习数据库课程的计算机相关专业的学生

q 想使用MongoDB实现快速查询的技术人员

q 想进一步了解MongoDB的“发烧友”

q 数据库管理层和技术决策者

本书特点

本书针对IT技术人员在工作中的必备知识与技能，精心安排了篇章结构。本书从基础入手，通过细致入微的内容组织，配以深入浅出的文字论述，以实际项目应用为背景，力图让读者从多个角度对MongoDB有深入的认识和理解。

本书最大的特点是实战性强，利用丰富的实例对MongoDB进行了详细的介绍。

本书系统全面，涵盖了MongoDB开发、优化、管理和维护的方方面面。从写作风格上看，本书没有过多讨论抽象的理论，而是通过丰富的实例来帮助读者理解应用MongoDB数据库时会遇到的各种问题及其解决方法，使读者能够很轻松地部署测试环境，并且熟练地掌握MongoDB数据库的各种使用技巧。

如何阅读本书

本书主要以引导读者思考、体会和实践为目的，通过实例让读者以最快的速度全面接触MongoDB。在阅读本书的时候，最好有一个可以实践的MongoDB测试环境，通过自己动手实践来加深认识、真正理解。对于管理层和技术决策者来说，可能没有太多时间进行大量的测试和实践，学习解决问题的思路就可以了。

本书分为6个部分，共15章：

第一部分　基础篇（第1章~第2章）：主要讲解MongoDB的基础理论和基本操作。通过这部分内容的学习，读者可以对MongoDB进行简单操作。

第二部分　高级篇（第3章~第5章）：主要讲解MongoDB的高级技术，例如高级查询、高级更新、高级功能的应用。通过这部分内容的学习，读者可以熟练地应用MongoDB来完成日常的业务需求。

第三部分　管理篇（第6章~第8章）：主要讲解MongoDB常用的运行和维护管理工具，例如数据的导入导出、数据的备份和恢复、数据的克隆和复制，以及与安全相关的实用技术。通过这部分内容的学习，读者应该具备一个MongoDB DBA所具有的全部技能。

第四部分　性能篇（第9章~第10章）：主要讲解MongoDB的索引、优化、性能监控技术。通过这部分内容的学习，读者可以具备MongoDB调优的能力。

第五部分　架构篇（第11章~第13章）：主要讲解MongoDB的高可用架构的细节，如主从复制、Sharding（分片）等。通过这部分内容的学习，读者可以独立设计MongoDB应用系统架构。

第六部分　开发篇（第14章~第15章）：主要讲解如何用C#和Java来操作MongoDB数据库。通过这部分内容的学习，读者可以将C#或Java开发技术与MongoDB数据库结合起来，完成特定应用系统的开发

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