MongoDB Shell使用技巧大揭秘

一、MongoDB Shell 基础操作技巧

1.1 连接 MongoDB 实例

在使用 MongoDB Shell 之前，首先要连接到 MongoDB 实例。最简单的方式是在命令行中直接输入 mongo 命令，这会尝试连接到本地默认端口（27017）的 MongoDB 实例。

mongo

如果 MongoDB 实例运行在非默认端口或者远程主机上，可以指定主机和端口。例如，连接到运行在 192.168.1.100 且端口为 27018 的实例：

mongo 192.168.1.100:27018

如果 MongoDB 实例开启了身份验证，连接时需要提供用户名和密码。假设数据库名称为 admin，用户名 myuser，密码 mypassword：

mongo 192.168.1.100:27018/admin -u myuser -p mypassword

1.2 选择数据库

连接到 MongoDB 实例后，需要选择要操作的数据库。可以使用 use 命令来切换数据库。如果指定的数据库不存在，MongoDB 会在首次插入数据时自动创建该数据库。

use mydatabase

1.3 查看数据库列表

要查看当前 MongoDB 实例中的所有数据库，可以使用 show dbs 命令。

show dbs

1.4 创建和删除集合

集合类似于关系型数据库中的表，是 MongoDB 中存储文档的容器。创建集合可以使用 db.createCollection() 方法。例如，创建一个名为 mycollection 的集合：

db.createCollection("mycollection")

删除集合则使用 drop() 方法。假设当前选择的数据库中有一个名为 mycollection 的集合，删除它的操作如下：

db.mycollection.drop()

二、文档操作技巧

2.1 插入文档

插入文档是向集合中添加数据的操作。可以使用 insertOne() 方法插入单个文档，或者使用 insertMany() 方法插入多个文档。

插入单个文档示例：

db.mycollection.insertOne({
    "name": "John",
    "age": 30,
    "city": "New York"
})

插入多个文档示例：

db.mycollection.insertMany([
    {
        "name": "Jane",
        "age": 25,
        "city": "Los Angeles"
    },
    {
        "name": "Bob",
        "age": 35,
        "city": "Chicago"
    }
])

2.2 查询文档

查询文档是 MongoDB 中最常用的操作之一。使用 find() 方法可以从集合中检索文档。

查询集合中的所有文档：

db.mycollection.find()

查询符合特定条件的文档，例如查询年龄大于 30 的文档：

db.mycollection.find({ "age": { $gt: 30 } })

$gt 是 MongoDB 的比较操作符，表示 “大于”。还有其他常用的比较操作符，如 $lt（小于）、$gte（大于等于）、$lte（小于等于）、$eq（等于）、$ne（不等于）等。

2.3 更新文档

更新文档可以使用 updateOne() 或 updateMany() 方法。updateOne() 方法只会更新符合条件的第一个文档，而 updateMany() 方法会更新所有符合条件的文档。

假设要将 mycollection 中名字为 “John” 的文档的年龄更新为 31：

db.mycollection.updateOne(
    { "name": "John" },
    { $set: { "age": 31 } }
)

$set 操作符用于指定要更新的字段和值。如果要更新多个文档，例如将所有城市为 “New York” 的文档的年龄加 1：

db.mycollection.updateMany(
    { "city": "New York" },
    { $inc: { "age": 1 } }
)

$inc 操作符用于对数值类型的字段进行增减操作。

2.4 删除文档

删除文档可以使用 deleteOne() 或 deleteMany() 方法。deleteOne() 方法删除符合条件的第一个文档，deleteMany() 方法删除所有符合条件的文档。

例如，删除 mycollection 中名字为 “Bob” 的文档：

db.mycollection.deleteOne({ "name": "Bob" })

删除所有城市为 “Los Angeles” 的文档：

db.mycollection.deleteMany({ "city": "Los Angeles" })

三、聚合操作技巧

3.1 聚合框架简介

MongoDB 的聚合框架提供了强大的数据处理能力，可以对集合中的文档进行分组、统计、过滤等复杂操作。聚合操作使用 aggregate() 方法，通过管道（pipeline）来处理数据。管道由多个阶段（stage）组成，每个阶段对输入数据进行特定的处理，并将处理结果传递给下一个阶段。

3.2 常用聚合阶段

3.2.1 $match 阶段

$match 阶段用于过滤文档，只允许符合条件的文档进入下一个阶段。它的语法和 find() 方法中的查询条件类似。

例如，要从 mycollection 中筛选出年龄大于 30 的文档，并对这些文档进行后续聚合操作：

db.mycollection.aggregate([
    { $match: { "age": { $gt: 30 } } }
])

3.2.2 $group 阶段

$group 阶段用于按指定的字段对文档进行分组，并可以对每个组进行统计操作。在 $group 阶段中，_id 字段指定分组依据，其他字段使用聚合表达式进行统计。

例如，按城市统计人数：

db.mycollection.aggregate([
    {
        $group: {
            _id: "$city",
            count: { $sum: 1 }
        }
    }
])

这里 _id 设置为 $city，表示按城市分组。$sum 是一个聚合表达式，用于对每个组中的文档进行计数。

3.2.3 $project 阶段

$project 阶段用于指定输出文档的字段。可以选择保留、排除或重命名字段，也可以使用表达式创建新字段。

例如，要输出 mycollection 中每个人的名字和年龄，并创建一个新字段 isAdult 表示是否成年：

db.mycollection.aggregate([
    {
        $project: {
            name: 1,
            age: 1,
            isAdult: { $gte: ["$age", 18] }
        }
    }
])

这里 1 表示包含该字段，$gte 是一个比较表达式，用于判断年龄是否大于等于 18。

3.2.4 $sort 阶段

$sort 阶段用于对文档进行排序。可以按升序（1）或降序（-1）对指定字段进行排序。

例如，按年龄降序排列 mycollection 中的文档：

db.mycollection.aggregate([
    { $sort: { "age": -1 } }
])

3.3 复杂聚合示例

假设 mycollection 中有如下结构的文档，表示学生的成绩信息：

{
    "name": "Alice",
    "subjects": [
        { "name": "Math", "score": 85 },
        { "name": "English", "score": 90 }
    ]
}

要统计每个学生的平均成绩，并按平均成绩降序排列，可以使用如下聚合操作：

db.mycollection.aggregate([
    {
        $unwind: "$subjects"
    },
    {
        $group: {
            _id: "$name",
            totalScore: { $sum: "$subjects.score" },
            subjectCount: { $sum: 1 }
        }
    },
    {
        $project: {
            name: "$_id",
            averageScore: { $divide: ["$totalScore", "$subjectCount"] },
            _id: 0
        }
    },
    {
        $sort: { "averageScore": -1 }
    }
])

这里首先使用 $unwind 阶段将 subjects 数组展开，然后通过 $group 阶段计算每个学生的总成绩和科目数，接着在 $project 阶段计算平均成绩并调整输出字段，最后使用 $sort 阶段按平均成绩降序排列。

四、索引操作技巧

4.1 索引的重要性

索引在 MongoDB 中起着至关重要的作用，它可以显著提高查询性能。通过创建合适的索引，可以减少查询时需要扫描的文档数量，从而加快查询速度。

4.2 创建索引

可以使用 createIndex() 方法在集合上创建索引。

创建单字段索引，例如在 mycollection 集合的 name 字段上创建升序索引：

db.mycollection.createIndex({ "name": 1 })

创建复合索引，假设要在 age 和 city 字段上创建复合索引：

db.mycollection.createIndex({ "age": 1, "city": -1 })

这里第一个字段 age 按升序排列，第二个字段 city 按降序排列。

4.3 查看索引

使用 getIndexes() 方法可以查看集合上已有的索引。

db.mycollection.getIndexes()

4.4 删除索引

要删除索引，可以使用 dropIndex() 方法。例如，删除 mycollection 集合上名为 name_1 的索引（索引名可以从 getIndexes() 的结果中获取）：

db.mycollection.dropIndex("name_1")

如果要删除集合上的所有索引，可以使用 dropIndexes() 方法：

db.mycollection.dropIndexes()

五、高级查询技巧

5.1 正则表达式查询

MongoDB 支持使用正则表达式进行查询。这在处理文本搜索等场景中非常有用。

例如，要查询 mycollection 中名字以 “J” 开头的文档：

db.mycollection.find({ "name": /^J/ })

这里 /^J/ 是一个正则表达式，表示以 “J” 开头。

5.2 数组查询

当文档中包含数组字段时，有多种查询方式。

假设 mycollection 中有如下文档：

{
    "name": "Charlie",
    "hobbies": ["reading", "swimming", "painting"]
}

要查询 hobbies 数组中包含 “swimming” 的文档：

db.mycollection.find({ "hobbies": "swimming" })

如果要查询 hobbies 数组中包含多个特定元素的文档，可以使用 $all 操作符。例如，查询同时包含 “reading” 和 “painting” 的文档：

db.mycollection.find({ "hobbies": { $all: ["reading", "painting"] } })

5.3 嵌套文档查询

对于嵌套结构的文档，查询时需要指定完整的路径。

假设 mycollection 中有如下文档：

{
    "name": "David",
    "address": {
        "city": "Boston",
        "zip": "02101"
    }
}

要查询地址城市为 “Boston” 的文档：

db.mycollection.find({ "address.city": "Boston" })

六、管理操作技巧

6.1 查看服务器状态

使用 db.serverStatus() 方法可以获取 MongoDB 服务器的当前状态信息，包括内存使用、连接数、操作统计等。

db.serverStatus()

6.2 备份与恢复

MongoDB 提供了 mongodump 和 mongorestore 工具来进行数据备份和恢复。

备份数据库，假设要备份 mydatabase 数据库到 /backup/mydatabase 目录：

mongodump --uri="mongodb://192.168.1.100:27018/mydatabase -u myuser -p mypassword" --out=/backup/mydatabase

恢复数据库，假设备份数据位于 /backup/mydatabase 目录，恢复到 mydatabase 数据库：

mongorestore --uri="mongodb://192.168.1.100:27018/mydatabase -u myuser -p mypassword" /backup/mydatabase

6.3 用户管理

在 MongoDB 中，可以使用 db.createUser() 方法创建用户，使用 db.updateUser() 方法更新用户信息，使用 db.dropUser() 方法删除用户。

创建用户示例，假设要在 admin 数据库中创建一个名为 newuser，密码为 newpassword，具有 readWriteAnyDatabase 角色的用户：

use admin
db.createUser({
    user: "newuser",
    pwd: "newpassword",
    roles: [ "readWriteAnyDatabase" ]
})

七、性能优化技巧

7.1 合理使用索引

确保查询条件中使用的字段上有合适的索引。避免在索引字段上使用函数，因为这会导致索引失效。例如，不要使用 db.mycollection.find({ "age": { $gt: Math.pow(2, 3) } })，而应预先计算好值再进行查询。

7.2 批量操作

尽量使用批量操作方法，如 insertMany()、updateMany() 和 deleteMany()，而不是多次执行单个操作。这样可以减少客户端与服务器之间的通信开销，提高性能。

7.3 优化聚合操作

在聚合操作中，尽量将 $match 阶段放在前面，以尽早过滤掉不需要的文档，减少后续阶段的处理数据量。同时，避免在聚合管道中使用过多的阶段，因为每个阶段都会带来一定的性能开销。

7.4 监控与分析

使用 MongoDB 提供的性能分析工具，如 db.setProfilingLevel() 和 db.system.profile.find()，来监控和分析数据库操作的性能。通过分析性能数据，可以找出性能瓶颈并进行针对性优化。

八、脚本编写技巧

8.1 编写 JavaScript 脚本

MongoDB Shell 支持执行 JavaScript 脚本。可以将一系列的 MongoDB 操作编写成一个 JavaScript 文件，然后在 Shell 中执行。

例如，创建一个名为 script.js 的文件，内容如下：

// 连接到 MongoDB 实例
var conn = new Mongo("192.168.1.100:27018");
var db = conn.getDB("mydatabase");

// 插入一个文档
db.mycollection.insertOne({
    "name": "Eve",
    "age": 28,
    "city": "Seattle"
});

// 查询所有文档
var cursor = db.mycollection.find();
while (cursor.hasNext()) {
    printjson(cursor.next());
}

在 Shell 中执行该脚本：

mongo script.js

8.2 传递参数到脚本

可以通过在命令行中传递参数的方式，使脚本更加灵活。例如，修改 script.js 如下：

// 获取命令行参数
var args = Array.prototype.slice.call(arguments, 0);
var name = args[0];
var age = parseInt(args[1]);
var city = args[2];

// 连接到 MongoDB 实例
var conn = new Mongo("192.168.1.100:27018");
var db = conn.getDB("mydatabase");

// 插入一个文档
db.mycollection.insertOne({
    "name": name,
    "age": age,
    "city": city
});

// 查询所有文档
var cursor = db.mycollection.find();
while (cursor.hasNext()) {
    printjson(cursor.next());
}

在 Shell 中执行脚本并传递参数：

mongo script.js "Frank" 32 "Denver"

通过以上技巧，能更高效地使用 MongoDB Shell，无论是进行日常开发、数据处理，还是系统管理等工作。熟练掌握这些技巧，将有助于充分发挥 MongoDB 的强大功能，提升应用程序的性能和稳定性。