Python操作MongoDB数据库基础教程

安装与连接MongoDB

在使用Python操作MongoDB之前，首先需要确保MongoDB已经安装并运行，同时还需要安装pymongo库，它是Python与MongoDB交互的标准库。

安装pymongo库

可以使用pip工具来安装pymongo库。在命令行中输入以下命令：

pip install pymongo

如果使用的是Python 3.4及以上版本，也可以使用pip3进行安装：

pip3 install pymongo

连接到MongoDB

在Python代码中，使用pymongo库连接MongoDB非常简单。以下是一个基本的连接示例：

import pymongo

# 创建MongoClient对象，连接到本地MongoDB服务，默认端口27017
client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')

# 获取一个数据库对象，如果数据库不存在，会在插入数据时自动创建
db = client['mydatabase']

在上述代码中，首先导入了pymongo库。然后通过pymongo.MongoClient创建了一个客户端对象，连接到本地运行的MongoDB服务。mongodb://localhost:27017/是MongoDB的连接字符串，其中localhost表示本地主机，27017是MongoDB的默认端口。

接着，通过client['mydatabase']获取了一个数据库对象。如果mydatabase数据库不存在，在后续插入数据时会自动创建。

数据库操作

创建数据库

在MongoDB中，数据库是在插入数据时自动创建的，因此通常不需要显式创建数据库。但如果想要检查数据库是否存在，可以通过以下方式：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
# 获取所有数据库名称列表
dbs = client.list_database_names()

if'mydatabase' in dbs:
    print("数据库已存在")
else:
    print("数据库不存在")

上述代码通过client.list_database_names()方法获取所有数据库名称列表，然后检查指定的数据库名称是否在列表中。

删除数据库

删除数据库也非常简单，通过client.drop_database()方法即可实现：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
# 删除名为mydatabase的数据库
client.drop_database('mydatabase')

执行上述代码后，名为mydatabase的数据库及其所有集合和数据将被删除。

集合操作

集合（Collection）在MongoDB中类似于关系型数据库中的表。

创建集合

与数据库类似，集合也是在插入数据时自动创建。但也可以显式创建集合，并指定一些选项，例如设置集合的最大文档数量或最大存储大小。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']

# 创建一个名为mycollection的集合
collection = db.create_collection('mycollection')

上述代码在mydatabase数据库中创建了一个名为mycollection的集合。如果想要设置集合的一些选项，例如设置集合的最大文档数量为1000，最大存储大小为1024000字节（1MB），可以这样做：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']

# 创建一个名为mycollection的集合，设置最大文档数量为1000，最大存储大小为1MB
collection = db.create_collection('mycollection', capped=True, max=1000, size=1024000)

这里使用了capped=True表示创建一个固定集合，固定集合有固定的大小和文档数量限制，当达到限制时，新插入的文档会覆盖最早的文档。

获取集合

获取已存在的集合非常简单，通过数据库对象直接访问集合名称即可：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']

# 获取名为mycollection的集合
collection = db['mycollection']

删除集合

删除集合使用集合对象的drop()方法：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 删除mycollection集合
collection.drop()

执行上述代码后，mycollection集合及其所有文档将被删除。

文档操作

文档（Document）是MongoDB中的基本数据单元，类似于关系型数据库中的行记录。

插入单个文档

使用集合对象的insert_one()方法可以插入单个文档。文档以Python字典的形式表示。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 定义一个文档
document = {
    "name": "John",
    "age": 30,
    "city": "New York"
}

# 插入文档
result = collection.insert_one(document)
print("插入的文档ID:", result.inserted_id)

在上述代码中，首先定义了一个文档document，它是一个Python字典。然后通过collection.insert_one(document)方法将文档插入到mycollection集合中。insert_one()方法返回一个InsertOneResult对象，通过该对象的inserted_id属性可以获取插入文档的唯一标识符（ObjectId）。

插入多个文档

使用集合对象的insert_many()方法可以插入多个文档。多个文档以Python列表的形式传递，列表中的每个元素都是一个文档（字典）。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 定义多个文档
documents = [
    {
        "name": "Jane",
        "age": 25,
        "city": "Los Angeles"
    },
    {
        "name": "Bob",
        "age": 35,
        "city": "Chicago"
    }
]

# 插入多个文档
result = collection.insert_many(documents)
print("插入的文档ID列表:", result.inserted_ids)

上述代码中，定义了一个包含两个文档的列表documents，然后通过collection.insert_many(documents)方法将这些文档插入到mycollection集合中。insert_many()方法返回一个InsertManyResult对象，通过其inserted_ids属性可以获取插入文档的唯一标识符列表。

查询单个文档

使用集合对象的find_one()方法可以查询单个文档。find_one()方法接受一个查询条件作为参数，该条件也是以Python字典的形式表示。如果不传递查询条件，则返回集合中的第一个文档。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 查询name为John的文档
document = collection.find_one({"name": "John"})
print(document)

上述代码查询了mycollection集合中name为John的文档，并将结果打印出来。如果查询到符合条件的文档，会返回一个字典形式的文档对象；如果没有查询到，则返回None。

查询多个文档

使用集合对象的find()方法可以查询多个文档。find()方法同样接受一个查询条件作为参数，返回一个游标对象，可以通过遍历游标来获取所有符合条件的文档。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 查询age大于30的所有文档
cursor = collection.find({"age": {"$gt": 30}})
for document in cursor:
    print(document)

在上述代码中，使用{"age": {"$gt": 30}}作为查询条件，$gt是MongoDB的比较操作符，表示“大于”。通过遍历cursor游标，打印出所有age大于30的文档。

更新单个文档

使用集合对象的update_one()方法可以更新单个文档。update_one()方法接受两个参数，第一个参数是查询条件，用于指定要更新的文档；第二个参数是更新操作，以字典形式表示。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 将name为John的文档的age更新为31
result = collection.update_one(
    {"name": "John"},
    {"$set": {"age": 31}}
)
print("匹配的文档数量:", result.matched_count)
print("修改的文档数量:", result.modified_count)

上述代码中，使用{"name": "John"}作为查询条件，找到name为John的文档。使用{"$set": {"age": 31}}作为更新操作，$set操作符用于设置文档中指定字段的值。update_one()方法返回一个UpdateResult对象，通过其matched_count属性可以获取匹配到的文档数量，modified_count属性可以获取实际修改的文档数量。

更新多个文档

使用集合对象的update_many()方法可以更新多个文档，其用法与update_one()类似，只是会更新所有符合查询条件的文档。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 将所有city为New York的文档的age增加1
result = collection.update_many(
    {"city": "New York"},
    {"$inc": {"age": 1}}
)
print("匹配的文档数量:", result.matched_count)
print("修改的文档数量:", result.modified_count)

这里使用{"$inc": {"age": 1}}作为更新操作，$inc操作符用于对指定字段的值进行增加操作。

删除单个文档

使用集合对象的delete_one()方法可以删除单个文档。delete_one()方法接受一个查询条件作为参数，删除第一个符合条件的文档。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 删除name为Bob的文档
result = collection.delete_one({"name": "Bob"})
print("删除的文档数量:", result.deleted_count)

上述代码通过{"name": "Bob"}作为查询条件，删除name为Bob的文档。delete_one()方法返回一个DeleteResult对象，通过其deleted_count属性可以获取删除的文档数量。

删除多个文档

使用集合对象的delete_many()方法可以删除多个文档，它接受一个查询条件作为参数，删除所有符合条件的文档。

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 删除所有city为Los Angeles的文档
result = collection.delete_many({"city": "Los Angeles"})
print("删除的文档数量:", result.deleted_count)

通过上述代码，以{"city": "Los Angeles"}作为查询条件，删除所有city为Los Angeles的文档，并打印出删除的文档数量。

高级查询

条件查询操作符

除了前面提到的$gt（大于）操作符，MongoDB还支持许多其他条件查询操作符。

$lt、$lte、$gt、$gte

这些操作符分别表示小于、小于等于、大于、大于等于。例如，查询age大于等于25且小于等于35的文档：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({
    "age": {
        "$gte": 25,
        "$lte": 35
    }
})
for document in cursor:
    print(document)

$eq、$ne

$eq表示等于，$ne表示不等于。例如，查询city不等于New York的文档：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({"city": {"$ne": "New York"}})
for document in cursor:
    print(document)

$in、$nin

$in用于查询字段值在指定列表中的文档，$nin则相反，查询字段值不在指定列表中的文档。例如，查询city为New York或Los Angeles的文档：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({"city": {"$in": ["New York", "Los Angeles"]}})
for document in cursor:
    print(document)

逻辑查询操作符

$and

$and操作符用于连接多个查询条件，所有条件都必须满足。例如，查询age大于30且city为Chicago的文档：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({
    "$and": [
        {"age": {"$gt": 30}},
        {"city": "Chicago"}
    ]
})
for document in cursor:
    print(document)

$or

$or操作符用于连接多个查询条件，只要有一个条件满足即可。例如，查询age小于25或city为New York的文档：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({
    "$or": [
        {"age": {"$lt": 25}},
        {"city": "New York"}
    ]
})
for document in cursor:
    print(document)

$not

$not操作符用于对单个查询条件取反。例如，查询age不大于30的文档（即age小于等于30）：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({"age": {"$not": {"$gt": 30}}})
for document in cursor:
    print(document)

投影查询

在查询时，可以通过投影（Projection）指定返回文档中需要包含的字段，避免返回不必要的字段，从而提高查询效率。投影以字典形式表示，字段名作为键，1表示包含该字段，0表示不包含。例如，只返回name和age字段，不返回_id字段（默认情况下_id字段会返回）：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

cursor = collection.find({}, {"name": 1, "age": 1, "_id": 0})
for document in cursor:
    print(document)

上述代码中，find()方法的第一个参数为空字典，表示查询所有文档，第二个参数就是投影设置。

索引操作

索引可以显著提高查询效率，在MongoDB中同样可以为集合的字段创建索引。

创建单字段索引

使用集合对象的create_index()方法可以创建单字段索引。例如，为mycollection集合的name字段创建索引：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 为name字段创建索引
index_name = collection.create_index("name")
print("创建的索引名称:", index_name)

create_index()方法返回创建的索引名称。

创建复合索引

复合索引是基于多个字段创建的索引。例如，为mycollection集合的name和age字段创建复合索引：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 为name和age字段创建复合索引
index_name = collection.create_index([("name", pymongo.ASCENDING), ("age", pymongo.DESCENDING)])
print("创建的索引名称:", index_name)

这里使用列表指定多个字段及其排序方向，pymongo.ASCENDING表示升序，pymongo.DESCENDING表示降序。

获取索引信息

使用集合对象的index_information()方法可以获取集合的所有索引信息：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

index_info = collection.index_information()
print(index_info)

上述代码将打印出mycollection集合的所有索引信息，包括索引名称和索引字段等。

删除索引

使用集合对象的drop_index()方法可以删除指定名称的索引。例如，删除前面创建的name字段索引：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 删除名为name_1的索引（name字段创建的索引默认名称为name_1）
collection.drop_index("name_1")

如果要删除所有索引，可以使用drop_indexes()方法：

import pymongo

client = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
db = client['mydatabase']
collection = db['mycollection']

# 删除所有索引
collection.drop_indexes()

通过以上内容，你已经对Python操作MongoDB数据库的基础有了较为全面的了解。从安装连接到数据库、集合和文档的各种操作，以及高级查询和索引操作等，这些知识足以支撑你开始使用Python与MongoDB进行数据交互开发。在实际应用中，还需要根据具体业务需求，灵活运用这些知识，优化数据库操作，提高应用程序的性能和稳定性。同时，MongoDB还有许多高级特性，如副本集、分片集群等，在处理大规模数据和高可用性场景时非常有用，后续你可以进一步深入学习。