MongoDB单机模式启动成员实战

MongoDB单机模式基础概述

在深入探讨MongoDB单机模式启动成员实战之前，我们先来了解一下MongoDB单机模式的基础概念。MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库，旨在为Web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

单机模式是MongoDB最基本的部署方式，它在单个服务器上运行，不涉及集群和副本集的复杂配置。这种模式适合于开发、测试环境以及数据量较小、对高可用性要求不高的应用场景。

MongoDB单机模式的优势在于其简单性和易于部署。它不需要额外的复杂配置，对于初学者快速上手MongoDB以及小型项目的快速搭建数据库环境非常友好。然而，由于其基于单台服务器，存在数据单点故障的风险，一旦服务器出现问题，整个数据库服务将不可用。

环境准备

在开始MongoDB单机模式启动实战之前，我们需要准备相应的环境。

操作系统

MongoDB支持多种操作系统，包括Linux、Windows和macOS。在本实战中，我们以Linux系统（Ubuntu 20.04为例）进行演示。不同操作系统下的安装步骤可能略有不同，但核心概念是一致的。

安装MongoDB

添加MongoDB官方源 在Ubuntu系统中，首先打开终端，执行以下命令添加MongoDB官方源：

wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-5.0.asc | sudo apt-key add -
echo "deb [ arch=amd64,arm64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu focal/mongodb-org/5.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-5.0.list

更新软件包列表并安装MongoDB 添加源后，更新软件包列表并安装MongoDB：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y mongodb-org

安装完成后，MongoDB服务会自动启动。可以通过以下命令检查服务状态：

sudo systemctl status mongod

如果服务状态显示为active (running)，则说明MongoDB安装成功并已启动。

启动MongoDB单机实例

在环境准备好之后，我们可以启动MongoDB单机实例。MongoDB的启动方式有多种，下面我们详细介绍。

使用默认配置启动

MongoDB安装完成后，默认会使用/etc/mongod.conf配置文件进行启动。该配置文件包含了一系列的配置选项，如数据存储路径、日志路径、绑定IP等。

默认数据存储路径 默认情况下，MongoDB的数据存储在/var/lib/mongodb目录下。这个目录在安装过程中会自动创建，并且MongoDB进程需要有足够的权限来读写该目录。
默认日志路径 日志文件默认存储在/var/log/mongodb/mongod.log。日志记录了MongoDB运行过程中的各种信息，包括启动信息、操作记录、错误信息等，对于排查问题非常重要。
启动命令 使用默认配置启动MongoDB非常简单，在终端执行以下命令：

sudo systemctl start mongod

这会按照/etc/mongod.conf中的配置启动MongoDB服务。如果服务成功启动，通过systemctl status mongod命令可以看到服务处于运行状态。

使用自定义配置启动

除了使用默认配置，我们还可以根据实际需求创建自定义配置文件来启动MongoDB。

创建自定义配置文件 首先，在合适的目录下创建一个新的配置文件，例如/home/user/mongodb-custom.conf。以下是一个简单的自定义配置示例：

systemLog:
  destination: file
  path: /home/user/mongodb/logs/mongod.log
  logAppend: true
storage:
  dbPath: /home/user/mongodb/data
net:
  bindIp: 127.0.0.1
  port: 27017

在这个配置文件中：

systemLog部分定义了日志相关的配置，destination指定日志输出到文件，path指定日志文件路径，logAppend表示日志追加写入而不是覆盖。
storage部分指定了数据存储路径为/home/user/mongodb/data。
net部分指定了绑定IP为127.0.0.1（仅允许本地连接），端口为27017。

创建数据和日志目录 根据自定义配置文件中的路径设置，需要创建相应的数据和日志目录，并赋予MongoDB进程适当的权限。

mkdir -p /home/user/mongodb/data
mkdir -p /home/user/mongodb/logs
sudo chown -R mongodb:mongodb /home/user/mongodb

这里将目录所有者和组设置为mongodb，这是MongoDB运行时的用户和组。

使用自定义配置文件启动 使用以下命令通过自定义配置文件启动MongoDB：

mongod --config /home/user/mongodb-custom.conf

这样就会按照自定义配置启动MongoDB实例。如果启动成功，可以在指定的日志文件中查看启动信息。

连接MongoDB单机实例

启动MongoDB单机实例后，我们需要连接到该实例进行数据操作。

使用mongo shell连接

MongoDB自带了一个交互式的JavaScript shell，称为mongo shell，可以方便地连接到MongoDB实例并执行各种命令。

启动mongo shell 在终端执行以下命令启动mongo shell并连接到本地MongoDB实例：

mongo

如果MongoDB运行在非默认端口或非本地地址，需要指定相应的连接信息，例如：

mongo --host 192.168.1.100 --port 27018

这里连接到192.168.1.100地址的27018端口上的MongoDB实例。

验证连接 成功连接到MongoDB实例后，mongo shell会显示数据库相关信息，并且可以执行各种命令。例如，查看当前数据库列表：

show dbs

这会列出当前实例中的所有数据库。

使用编程语言连接

除了mongo shell，我们还可以使用各种编程语言连接MongoDB。以Python为例，使用pymongo库进行连接。

安装pymongo 首先，确保已经安装了pymongo库。如果没有安装，可以使用pip进行安装：

pip install pymongo

Python连接示例 以下是一个简单的Python代码示例，用于连接本地MongoDB实例：

from pymongo import MongoClient

# 连接到MongoDB实例
client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')

# 获取数据库对象
db = client['test_db']

# 获取集合对象
collection = db['test_collection']

# 插入一条文档
document = {'name': 'John', 'age': 30}
result = collection.insert_one(document)
print(f'Inserted document with _id: {result.inserted_id}')

在这个示例中，首先通过MongoClient连接到本地27017端口的MongoDB实例，然后获取test_db数据库和test_collection集合，并插入一条文档。

MongoDB单机模式下的数据操作

连接到MongoDB单机实例后，我们可以进行各种数据操作，包括插入、查询、更新和删除。

插入数据

使用mongo shell插入 在mongo shell中，可以使用insertOne或insertMany方法插入数据。

插入单个文档

use test_db
db.test_collection.insertOne({name: 'Alice', age: 25})

这里先切换到test_db数据库，然后在test_collection集合中插入一个包含name和age字段的文档。

插入多个文档

var documents = [
    {name: 'Bob', age: 28},
    {name: 'Charlie', age: 32}
]
db.test_collection.insertMany(documents)

通过insertMany方法插入一个文档数组。

使用Python插入 在Python中，使用pymongo库的insert_one和insert_many方法插入数据。

from pymongo import MongoClient

client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')
db = client['test_db']
collection = db['test_collection']

# 插入单个文档
document = {'name': 'Eve', 'age': 22}
result = collection.insert_one(document)
print(f'Inserted single document with _id: {result.inserted_id}')

# 插入多个文档
documents = [
    {'name': 'Frank', 'age': 27},
    {'name': 'Grace', 'age': 30}
]
results = collection.insert_many(documents)
print(f'Inserted multiple documents with _ids: {results.inserted_ids}')

查询数据

使用mongo shell查询

简单查询

use test_db
db.test_collection.find({age: {$gt: 25}})

这个查询语句在test_db数据库的test_collection集合中查找年龄大于25的文档。

投影查询

db.test_collection.find({age: {$gt: 25}}, {name: 1, _id: 0})

这里在查询条件的基础上，通过投影指定只返回name字段，不返回_id字段。

使用Python查询

from pymongo import MongoClient

client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')
db = client['test_db']
collection = db['test_collection']

# 简单查询
results = collection.find({'age': {'$gt': 25}})
for result in results:
    print(result)

# 投影查询
results = collection.find({'age': {'$gt': 25}}, {'name': 1, '_id': 0})
for result in results:
    print(result)

更新数据

使用mongo shell更新

更新单个文档

use test_db
db.test_collection.updateOne({name: 'Alice'}, {$set: {age: 26}})

这条语句将test_db数据库test_collection集合中名字为Alice的文档的年龄更新为26。

更新多个文档

db.test_collection.updateMany({age: {$lt: 30}}, {$inc: {age: 1}})

该语句将年龄小于30的所有文档的年龄增加1。

使用Python更新

from pymongo import MongoClient

client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')
db = client['test_db']
collection = db['test_collection']

# 更新单个文档
result = collection.update_one({'name': 'Alice'}, {'$set': {'age': 26}})
print(f'Matched {result.matched_count} documents and modified {result.modified_count} documents')

# 更新多个文档
result = collection.update_many({'age': {'$lt': 30}}, {'$inc': {'age': 1}})
print(f'Matched {result.matched_count} documents and modified {result.modified_count} documents')

删除数据

使用mongo shell删除

删除单个文档

use test_db
db.test_collection.deleteOne({name: 'Bob'})

这条语句删除test_db数据库test_collection集合中名字为Bob的单个文档。

删除多个文档

db.test_collection.deleteMany({age: {$gt: 30}})

该语句删除年龄大于30的所有文档。

使用Python删除

from pymongo import MongoClient

client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')
db = client['test_db']
collection = db['test_collection']

# 删除单个文档
result = collection.delete_one({'name': 'Bob'})
print(f'Deleted {result.deleted_count} document')

# 删除多个文档
result = collection.delete_many({'age': {'$gt': 30}})
print(f'Deleted {result.deleted_count} documents')

MongoDB单机模式的性能优化

虽然单机模式相对简单，但也可以通过一些方式进行性能优化。

索引优化

创建索引 索引可以大大提高查询性能。在mongo shell中，可以使用createIndex方法创建索引。例如，为test_collection集合的age字段创建索引：

use test_db
db.test_collection.createIndex({age: 1})

这里的1表示升序索引，-1表示降序索引。

在Python中，使用pymongo库创建索引：

from pymongo import MongoClient

client = MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017/')
db = client['test_db']
collection = db['test_collection']

collection.create_index([('age', 1)])

索引类型 MongoDB支持多种索引类型，如单字段索引、复合索引、地理空间索引等。复合索引适用于需要同时根据多个字段进行查询的场景。例如，创建一个包含name和age字段的复合索引：

db.test_collection.createIndex({name: 1, age: 1})

内存管理

合理分配内存 MongoDB使用内存映射文件来管理数据，因此合理分配服务器内存给MongoDB非常重要。在配置文件中，可以通过storage.wiredTiger.engineConfig.cacheSizeGB参数设置WiredTiger存储引擎的缓存大小。例如，设置缓存大小为2GB：

storage:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 2

监控内存使用 可以使用系统工具（如top、htop）以及MongoDB自带的db.serverStatus()命令来监控MongoDB的内存使用情况。db.serverStatus()命令会返回包括内存使用、磁盘使用、连接数等在内的各种服务器状态信息。

常见问题及解决方法

在MongoDB单机模式的使用过程中，可能会遇到一些常见问题。

启动失败

权限问题 如果MongoDB启动失败，可能是由于权限不足。例如，数据存储目录或日志目录的权限设置不正确。确保MongoDB进程对数据存储目录和日志目录有读写权限。可以通过以下命令修改目录权限：

sudo chown -R mongodb:mongodb /var/lib/mongodb
sudo chown -R mongodb:mongodb /var/log/mongodb

端口冲突 如果启动时提示端口被占用，说明系统中已经有其他进程在使用MongoDB默认的27017端口。可以通过以下命令查看占用端口的进程：

sudo lsof -i :27017

然后终止占用端口的进程，或者修改MongoDB的配置文件，将其绑定到其他未被占用的端口。

数据丢失

意外关机 在单机模式下，如果服务器意外关机，可能会导致数据丢失。为了减少这种风险，可以定期进行数据备份。MongoDB提供了mongodump和mongorestore工具用于数据备份和恢复。

备份数据

mongodump --uri="mongodb://127.0.0.1:27017" --out=/home/user/mongodb/backup

这条命令将本地27017端口的MongoDB数据备份到/home/user/mongodb/backup目录。

恢复数据

mongorestore --uri="mongodb://127.0.0.1:27017" --dir=/home/user/mongodb/backup

该命令从指定目录恢复数据到MongoDB实例。

误操作 误删除或误更新数据也是常见的数据丢失原因。在进行数据操作时，尤其是deleteMany和updateMany等可能影响大量数据的操作，一定要谨慎确认操作条件。可以先使用find命令预览符合条件的数据，确保操作不会导致数据丢失。

通过以上详细的介绍和实战步骤，我们对MongoDB单机模式的启动、连接、数据操作、性能优化以及常见问题解决有了全面的了解。单机模式虽然相对简单，但对于入门MongoDB以及小型项目的数据库搭建具有重要意义。在实际应用中，需要根据具体需求和场景，合理选择和配置MongoDB单机模式。