1.MongoDB简介

1.1 什么是MongoDB

MongoDB 是一个跨平台的，面向文档的数据库，是当前 NoSQL 数据库产品中最热门的一种。它介于关系数据库和非关系数据库之间，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库的产品。它支持的数据结构非常松散，是类似JSON的 BSON 格式，因此可以存储比较复杂的数据类型。

MongoDB 的官方网站地址是：http://www.mongodb.org/

mongoDB.png

1.2 MongoDB特点

MongoDB 最大的特点是他支持的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引。它是一个面向集合的,模式自由的文档型数据库。
具体特点总结如下：
（1）面向集合存储，易于存储对象类型的数据
（2）模式自由
（3）支持动态查询
（4）支持完全索引，包含内部对象
（5）支持复制和故障恢复
（6）使用高效的二进制数据存储，包括大型对象（如视频等）
（7）自动处理碎片，以支持云计算层次的扩展性
（8）支持 Python，PHP，Ruby，Java，C，C#，Javascript，Perl 及 C++语言的驱动程序，社区中也提供了对 Erlang 及.NET 等平台的驱动程序
（9） 文件存储格式为 BSON（一种 JSON 的扩展）
1.3 MongoDB体系结构
MongoDB 的逻辑结构是一种层次结构。主要由：
文档(document)、集合(collection)、数据库(database)这三部分组成的。逻辑结构是面向用户
的，用户使用 MongoDB 开发应用程序使用的就是逻辑结构。
（1）MongoDB 的文档（document），相当于关系数据库中的一行记录。
（2）多个文档组成一个集合（collection），相当于关系数据库的表。
（3）多个集合（collection），逻辑上组织在一起，就是数据库（database）。
（4）一个 MongoDB 实例支持多个数据库（database）。
文档(document)、集合(collection)、数据库(database)的层次结构如下图:

structure.png

下表是MongoDB与MySQL数据库逻辑结构概念的对比

MongoDb	关系型数据库Mysql
数据库(databases)	数据库(databases)
集合(collections)	表(table)
文档(document)	行(row)

2.安装与启动

下载Windows版本的话，按照提示步骤安装即可。安装完成后，软件会安装在C:\Program Files\MongoDB 目录中。
我们要启动的服务程序就是C:\Program Files\MongoDB\Server\3.2\bin目录下的mongod.exe，为了方便我们每次启动，我将C:\Program Files\MongoDB\Server\3.2\bin 设置到环境变量path中

2.2启动服务

（1）首先打开命令提示符，创建一个用于存放数据的目录

dir.png

（2）启动服务

startServer.png

dbpath参数用于指定数据存储目录

启动后效果如下：

startEnd.png

我们在启动信息中可以看到，mongoDB的默认端口是27017
如果我们不想按照默认端口启动，可以通过--port 命令来修改端口

port.png

2.3登陆系统

我们另外打开命令提示符窗口，如果mongoDB是按默认的端口启动的，并且是部署在本机的。输入命令 mongo 即可登陆系统

login.png

从界面输出的信息我们可以得知，它默认连接的是test数据库

如果是要连接远程的mongoDB服务器 ，就输入命令

mongo 远程IP地址
如果远程的mongoDB服务端口不是默认的，需要输入命令
mongo 远程IP地址：端口
输入exit命令可退回到命令提示符

3.基本增删改查操作

3.1选择或创建数据库

使用use 数据库名称即可选择数据库，如果该数据库不存在会自动创建

image.png

3.2插入文档

文档相当于关系数据库中的记录
首先我们定义一个文档变量，格式为变量名称={}; 例如：

image.png
接下来就是将这个变量存入MongoDB
格式为：
db.集合名称.save(变量);
这里的集合就相当于关系数据库中的表。例如：
image.png
这样就在student集合中存入文档。如果这个student集合不存在，就会自动创建。
当然，你也可以不用定义变量，直接把变量值放入save方法中也是可以地。
image.png
为了方便后期测试，我们再多加点数据

db.student.save({name:"沙和尚",sex:"男",age:25,address:"流沙河路11号"});
db.student.save({name:"唐僧",sex:"男",age:35,address:"东土大唐"});
db.student.save({name:"白骨精",sex:"女",age:18,address:"白骨洞"});
db.student.save({name:"白龙马",sex:"男",age:20,address:"西海"});
db.student.save({name:"哪吒",sex:"男",age:15,address:"莲花湾小区"});

3.3查询集合

我们要查询某集合的所有文档，使用find()方法。语法格式为：
db.集合名称.find();
例如，我们要查询student集合中的所有文档：
db.student.find();

image.png
这里你会发现每条文档会有一个叫_id的字段，这个相当于我们原来关系数据库中表的主键，当你在插入文档记录时没有指定该字段，MongDB会自动创建，其类型是ObjectID类型。
如果我们在插入文档记录时指定该字段也可以，其类型可以使ObjectID类型，也可以是MongoDB支持的任意类型. 例如：
image.png
我们再次查询
db.student.find();
image.png

如果我想按一定条件来查询，比如我想查询性别为“女”的记录，怎么办？很简单！
只要在find()中添加参数即可，参数也是json格式，如下：
db.student.find({sex:"女"});

image.png
为了避免游标可能带来的开销，MongoDB还提供了一个叫findOne()的方法，用来返回结果集的第一条记录。
db.student.findOne({sex:"男"});
image.png
性别为男的有很多条，这里只返回了第一条记录。
当我们需要返回查询结果的前几条记录时，可以使用limit方法，例如：
db.student.find().limit(2);
image.png

3.4 修改文档

我们要想修改记录，可以使用update方法 .
例如：我向将姓名为孙悟空的学员文档中的age字段值改为18，执行下列语句，看会发生什么？
db.student.update({name:"孙悟空"},{sex:18});

image.png
再次查询：
image.png
哦，悲剧了~~ 原来的孙悟空的文档只剩下_id 和age两个字段了。
那如何保留其它字段值呢？
我们需要使用MongoDB提供的修改器$set 来实现，请看下列代码：

db.student.update({name:"猪八戒"},{$set:{age:18}});

再次查询：

image.png

再次查询，会发现“猪八戒”文档中原有的其它字段还保留下来，而更新age字段也成功了

3.5 删除文档

删除文档使用remove()方法，格式为：

db.集合名称.remove( 条件 );
请慎用remove({}), 它会一条不剩地把你的集合所有文档删的干干净净。
我们现在演示一下，删除name为“哪吒”的记录：
db.student.remove({name:"哪吒"});

image.png

4.高级查询

4.1模糊查询

MongoDB的模糊查询是通过正则表达式的方式实现的。格式为：
/模糊查询字符串/
例如，我要查询student集合中address字段中含有“洞”的所有文档，代码如下：
db.student.find({address:/洞/});

image.png
如果要查询name字段中以“白”开头的，代码如下：
db.student.find({name:/^白/});
image.png

4.2 Null值处理

如果我们想找出集合中某字段值为空的文档，如何查询呢？其实和我们之前的条件查询是一样的，条件值写为null就可以了。
我们现在集合中的文档都是没有空值的，为了方便测试，现在我们将数据做些修改：
将“唐僧”的address改为空
db.student.update({name:"唐僧"},{$set:{address:null}});

image.png
再次查询：
db.student.find({address:null});
image.png
我们会发现不仅会显示“唐僧”这条文档，之前因为修改导致address字段丢失的那条记录也出现了。也就是说，这种查询会查询出该字段为null的以及不存在该字段的文档记录。

4.3 大于小于

<,<=, >, >=这个操作符也是很常用的，格式如下

/**
 * 大于: field > value
 */
db.collection.find({ "field" : { $gt: value } } ); 
/**
 * 小于: field < value
 */
db.collection.find({ "field" : { $lt: value } } ); 
/**
 *  大于等于: field >= value
 */
db.collection.find({ "field" : { $gte: value } } ); 
/**
 * 小于等于: field <= value
 */
db.collection.find({ "field" : { $lte: value } } ); 

示例：查询年龄大于等于20岁的学员记录
db.student.find({"age":{$gte:20}});

image.png

4.4不等于

不等于使用$ne操作符。
示例：查询sex字段不为“男”的文档
db.student.find({sex:{$ne:"男"}});

image.png

4.5判断字段是否存在

判断字段是否存在使用$exists操作符。
示例：查询所有不含有address字符的文档。
db.student.find({address:{$exists:false}});

image.png
同理查询所有含有address字符的文档
db.student.find({address:{$exists:true}});

4.6 包含与不包含

包含使用$in操作符。
示例：查询student集合中age字段包含20,25,30的文档
db.student.find({age:{$in:[20,25,30]}});

image.png
同理查询student集合中age字段不包含20,25,30的文档
db.student.find({age:{$nin:[20,25,30]}});
image.png

4.7 统计记录条数

统计记录条件使用count()方法。
示例：查询student集合的文档条数
db.student.count();

image.png
这里显示一共有7条记录
示例：查询student集合中age字段小于等于20的文档条数。
db.student.count({age:{$lte:20}});
image.png

4.8 条件连接--并且

我们如果需要查询同时满足两个以上条件，需要使用$and操作符将条件进行关联。（相当于SQL的and）
格式为：

$and:[ { },{ },{ } ]

示例：查询student集合中age大于等于20 并且age小于30的文档
db.studnet.find({$and:[{age:{$gte:20}},{age:{$lt:30}}]});

image.png

4.9 条件连接--或者

如果两个以上条件之间是或者的关系，我们使用or操作符进行关联，与前面and的使用方式相同
格式为：

$or:[ { },{ },{ } ]

示例：查询student集合中sex为女，或者年龄小于20的文档记录
db.student.find({$or:[{sex:"女"},{age:{$lt:20}}]});

image.png

5. java连接MongoDB

5.1查询文档

5.1.1查询全部记录

（1）创建maven工程mongoDBDemo ，引入依赖

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.mongodb</groupId>
        <artifactId>mongodb-driver</artifactId>
        <version>3.4.1</version>
    </dependency>
  </dependencies>

（2）编写代码，遍历student集合所有数据：

MongoClient client=new MongoClient();//创建连接对象
MongoDatabase database = client.getDatabase("itcastdb");//获取数据库     
MongoCollection<Document> collection = database.getCollection("student");//获取集合
        
FindIterable<Document> list = collection.find();//获取文档集合
for( Document doc: list){//遍历集合中的文档输出数据
    System.out.println("name:"+ doc.getString("name") );
    System.out.println("sex:"+ doc.getString("sex") );
    System.out.println("age:"+ doc.getDouble("age") );//默认为浮点型
    System.out.println("address:"+ doc.getString("address") );
    System.out.println("--------------------------");
}

MongoDB的数字类型默认使用64位浮点型数值。{“x”：3.14}或{“x”：3}。对于整型值，可以使用NumberInt（4字节符号整数），{“x”:NumberInt(“3”)} 或NumberLong（8字节符号整数）{“x”:NumberLong(“3”)}

5.1.2 匹配查询

MongoDB使用BasicDBObject类型封装查询条件，构造方法的参数为key 和value .

示例：查询student集合中name为猪八戒的文档

//构建查询条件
BasicDBObject bson=new BasicDBObject("name", "猪八戒");        
FindIterable<Document> list = collection.find(bson);//获取文档集合
//....遍历集合

5.1.3 模糊查询

构建模糊查询条件是通过正则表达式的方式来实现的
（1）完全匹配Pattern pattern = Pattern.compile("^name$");
（2）右匹配Pattern pattern = Pattern.compile("^.*name$");
（3）左匹配Pattern pattern = Pattern.compile("^name.*$");
（4）模糊匹配Pattern pattern = Pattern.compile("^.*name.*$");
示例：模糊查询student集合中address 中含有洞的文档记录

//模糊查询：like %洞%
Pattern queryPattern = Pattern.compile("^.*洞.*$");
BasicDBObject bson=new BasicDBObject("address", queryPattern);  
FindIterable<Document> list = collection.find(bson);//获取文档集合
//....遍历集合

5.1.4 大于小于

在MongoDB提示符下条件json字符串为{ age: { $lt :20 } } ，对应的java代码也是BasicDBObject 的嵌套。
示例：查询student集合中age小于20的文档记录

//查询年龄小于20的     
BasicDBObject bson=new BasicDBObject("age", new BasicDBObject("$lt",20));
FindIterable<Document> list = collection.find(bson);//获取文档集
//....遍历集合

5.1.5 条件连接--并且

示例：查询年龄大于等于20并且小于30的文档记录

//查询年龄大于等于20的           
BasicDBObject bson1=new BasicDBObject("age", new BasicDBObject("$gte",20));
//查询年龄小于30的
BasicDBObject bson2=new BasicDBObject("age", new BasicDBObject("$lt",30));
//构建查询条件and
BasicDBObject bson=new  BasicDBObject("$and", Arrays.asList(bson1,bson2)  );

5.1.6 条件连接--或者

示例：查询年龄小于等于20或者性别为女的文档记录

BasicDBObject bson1=new BasicDBObject("age", new BasicDBObject("$lte",20));     
BasicDBObject bson2=new BasicDBObject("sex", "女");
//构建查询条件or
BasicDBObject bson=new BasicDBObject("$or", Arrays.asList( bson1, bson2 )  );

5.2 增加文档

我们使用insertOne方法来插入文档。
示例：添加文档记录--名称：铁扇公主 性别:女 年龄：28 地址：芭蕉洞

//获取连接
MongoClient client=new MongoClient();
//得到数据库
MongoDatabase database = client.getDatabase("itcastdb");
//得到集合封装对象
MongoCollection<Document> collection = database.getCollection("student");
Map<String, Object> map=new HashMap();
map.put("name", "铁扇公主");
map.put("sex", "女");
map.put("age", 35.0);
map.put("address", "芭蕉洞");      
Document doc=new Document(map);     
collection.insertOne(doc);//插入一条记录
//collection.insertMany(documents);//一次性插入多条文档

5.3 删除文档

示例：将名称为铁扇公主的文档删除

//获取连接
MongoClient client=new MongoClient();
//得到数据库
MongoDatabase database = client.getDatabase("itcastdb");
//得到集合封装对象
MongoCollection<Document> collection = database.getCollection("student");
BasicDBObject bson=new BasicDBObject("name", "铁扇公主");
collection.deleteOne(bson);//删除记录（符合条件的第一条记录）
//collection.deleteMany(bson);//删除符合条件的全部记录

5.4 修改文档

示例：将红孩儿的地址修改为“南海”

//获取连接
MongoClient client=new MongoClient();
//得到数据库
MongoDatabase database = client.getDatabase("itcastdb");
//得到集合封装对象
MongoCollection<Document> collection = database.getCollection("student");

//修改的条件
BasicDBObject bson= new BasicDBObject("name", "红孩儿");
//修改后的值
BasicDBObject bson2 = new BasicDBObject("$set",new BasicDBObject("address", "南海"));
//参数1：修改条件  参数2：修改后的值
collection.updateOne(bson, bson2);
//collection.updateMany(filter, update);//修改符合条件的所有记录

updateMany方法用于修改符合条件的所有记录
updateOne方法用于修改符合条件的第一条记录

6. MongoDB连接池

6.1 代码实现

MongoClient 被设计为线程安全的类，也就是我们在使用该类时不需要考虑并发的情况，这样我们可以考虑把MongoClient 做成一个静态变量，为所有线程公用，不必每次都销毁。这样可以极大提高执行效率。实际上，这是MongoDB提供的内置的连接池来实现的。
首先我们先创建一个“管理类”

import com.mongodb.MongoClient;
import com.mongodb.client.MongoDatabase;

/**
 * MongoDB管理者
 *
 * @author MR.ZHANG
 * @create 2018-07-03 16:34
 */
public class MongoManager {
    private static MongoClient mongoClient=null;

    //对mongoClient初始化
    private static void init(){
        mongoClient=new MongoClient();
    }

    public static MongoDatabase getDatabase(){
        if(mongoClient==null){
            init();
        }
        return mongoClient.getDatabase("wesker");
    }
}

然后我们创建一个StudentDao

import com.mongodb.client.MongoCollection;
import com.mongodb.client.MongoDatabase;
import org.bson.Document;

/**
 * @author MR.ZHANG
 * @create 2018-07-03 16:42
 */
public class StudentDao {
    public void save(String name,String sex,double age,String address){
        MongoDatabase database = MongoManager.getDatabase();
        MongoCollection<Document> collection = database.getCollection("student2");
        Document docment=new Document();
        docment.put("name", name);
        docment.put("sex", sex);
        docment.put("age", age);
        docment.put("address", address);
        collection.insertOne(docment);
    }
}

我们现在做个测试，循环插入2万条数据，看看执行时间是多长时间

import java.util.Date;

/**
 * @author MR.ZHANG
 * @create 2018-07-03 16:50
 */
public class MongoPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = new Date().getTime();//开始时间

        StudentDao studentDao=new StudentDao();
        for(int i=0;i<20000;i++){
            studentDao.save("测试"+i, "男", 25.0, "测试地址"+i);
        }
        long endTime = new Date().getTime();//完成时间
        System.out.println("完成时间："+(endTime-startTime)+"毫秒");
    }
}

image.png

6.2 参数设置

我们在刚才的代码基础上进行连接池参数的设置
修改MongoManager的init方法

//对mongoClient初始化
    private static void init(){
        //连接池选项
        MongoClientOptions.Builder builder = new MongoClientOptions.Builder();//选项构建者
        builder.connectTimeout(5000);//设置连接超时时间
        builder.socketTimeout(5000);//读取数据的超时时间
        builder.connectionsPerHost(30);//每个地址最大请求数
        builder.writeConcern(WriteConcern.NORMAL);//写入策略，仅抛出网络异常
        MongoClientOptions options = builder.build();
        mongoClient=new MongoClient("127.0.0.1",options);
    }

再次进行测试，所用时间：

image.png
下面是写入策略。
WriteConcern.NONE 没有异常抛出
WriteConcern.NORMAL 仅抛出网络错误异常，没有服务器错误异常
WriteConcern.SAFE 抛出网络错误异常、服务器错误异常；并等待服务器完成写操作。
WriteConcern.MAJORITY 抛出网络错误异常、服务器错误异常；并等待一个主服务器完成写操作。
WriteConcern.FSYNC_SAFE 抛出网络错误异常、服务器错误异常；写操作等待服务器将数据刷新到磁盘。
WriteConcern.JOURNAL_SAFE 抛出网络错误异常、服务器错误异常；写操作等待服务器提交到磁盘的日志文件。
WriteConcern.REPLICAS_SAFE 抛出网络错误异常、服务器错误异常；等待至少2台服务器完成写操作。