MongoDB Shell客户端的交互式操作详解

连接到 MongoDB Shell

MongoDB Shell 是与 MongoDB 数据库进行交互的主要工具。要启动 MongoDB Shell，首先确保 MongoDB 服务正在运行。在命令行中，导航到 MongoDB 的 bin 目录（如果 MongoDB 已添加到系统路径中，则无需导航），然后执行以下命令：

mongo

上述命令将使用默认设置连接到本地运行的 MongoDB 实例，默认端口是 27017。如果 MongoDB 运行在不同的主机或端口上，可以使用以下命令进行连接：

mongo <host>:<port>

例如，如果 MongoDB 运行在 192.168.1.100 主机的 27018 端口上，连接命令为：

mongo 192.168.1.100:27018

数据库操作

查看当前数据库

在 MongoDB Shell 中，可以使用 db 命令查看当前连接的数据库。例如：

db

首次连接时，默认的数据库是 test。

切换数据库

使用 use 命令可以切换到指定的数据库。如果指定的数据库不存在，MongoDB 会在首次插入数据时创建它。例如，要切换到名为 myDB 的数据库，可以执行以下命令：

use myDB

查看所有数据库

使用 show dbs 命令可以查看 MongoDB 服务器上所有的数据库列表。例如：

show dbs

该命令会列出所有数据库及其占用的空间大小。

删除数据库

要删除当前连接的数据库，可以使用 db.dropDatabase() 方法。例如，确保当前连接到要删除的数据库，然后执行：

db.dropDatabase()

集合操作

创建集合

在 MongoDB 中，集合类似于关系型数据库中的表。要创建一个集合，可以使用 db.createCollection() 方法。例如，要在当前数据库中创建一个名为 myCollection 的集合，可以执行以下命令：

db.createCollection("myCollection")

集合创建时还可以指定一些选项，例如设置集合的 capped 属性，创建固定集合。固定集合是一种特殊的集合，它有固定的大小，当达到这个大小后，新插入的数据会覆盖旧的数据。以下是创建一个固定集合的示例：

db.createCollection("myCappedCollection", { capped : true, size : 100000, max : 1000 } )

上述命令创建了一个名为 myCappedCollection 的固定集合，大小为 100000 字节，最多可容纳 1000 个文档。

查看集合

使用 show collections 命令可以查看当前数据库中的所有集合。例如：

show collections

删除集合

要删除当前数据库中的一个集合，可以使用 db.<collection_name>.drop() 方法。例如，要删除名为 myCollection 的集合，可以执行：

db.myCollection.drop()

文档操作

插入文档

在 MongoDB 中，文档是存储在集合中的基本数据单元，类似于关系型数据库中的行。要向集合中插入一个文档，可以使用 insertOne() 方法。例如，向 myCollection 集合中插入一个简单的文档：

db.myCollection.insertOne( { name: "John", age: 30 } )

上述命令插入了一个包含 name 和 age 字段的文档。insertOne() 方法会返回一个包含插入结果的对象，其中包含插入的文档的 _id 字段。如果要插入多个文档，可以使用 insertMany() 方法。例如：

db.myCollection.insertMany([
    { name: "Jane", age: 25 },
    { name: "Bob", age: 35 }
])

insertMany() 方法返回的对象包含插入的文档的 _id 数组。

查询文档

MongoDB 提供了强大的查询功能。使用 find() 方法可以查询集合中的文档。要查询 myCollection 集合中的所有文档，可以执行：

db.myCollection.find()

上述命令会返回集合中的所有文档。通常，我们会使用查询条件来筛选特定的文档。例如，要查询 age 大于 30 的文档，可以使用以下命令：

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

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

要查询包含特定字段的文档，可以直接在查询条件中指定字段名。例如，要查询 name 为 John 的文档：

db.myCollection.find( { name: "John" } )

更新文档

使用 updateOne() 方法可以更新集合中的单个文档。例如，要将 myCollection 集合中 name 为 John 的文档的 age 字段更新为 31，可以执行：

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

这里的 $set 操作符用于指定要更新的字段及其新值。如果要更新多个文档，可以使用 updateMany() 方法。例如，要将 age 大于 30 的所有文档的 age 字段加 1，可以执行：

db.myCollection.updateMany(
    { age: { $gt: 30 } },
    { $inc: { age: 1 } }
)

$inc 操作符用于对字段的值进行递增操作。

删除文档

使用 deleteOne() 方法可以删除集合中的单个文档。例如，要删除 myCollection 集合中 name 为 John 的文档，可以执行：

db.myCollection.deleteOne( { name: "John" } )

如果要删除多个文档，可以使用 deleteMany() 方法。例如，要删除 age 大于 35 的所有文档，可以执行：

db.myCollection.deleteMany( { age: { $gt: 35 } } )

索引操作

创建索引

索引可以显著提高查询性能。在 MongoDB 中，可以使用 createIndex() 方法为集合创建索引。例如，要为 myCollection 集合的 name 字段创建一个单字段索引，可以执行：

db.myCollection.createIndex( { name: 1 } )

这里的 1 表示升序索引，如果使用 -1 则表示降序索引。要创建复合索引，即基于多个字段的索引，可以将多个字段及其排序顺序作为参数传递。例如，创建一个基于 name 和 age 字段的复合索引：

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

查看索引

使用 getIndexes() 方法可以查看集合的所有索引。例如：

db.myCollection.getIndexes()

该命令会返回一个包含集合所有索引信息的数组，包括索引名称、字段和其他相关信息。

删除索引

要删除集合中的一个索引，可以使用 dropIndex() 方法。例如，要删除名为 name_1 的索引（索引名称通常由字段名和排序顺序组成），可以执行：

db.myCollection.dropIndex( { name: 1 } )

也可以通过索引名称来删除索引，例如：

db.myCollection.dropIndex("name_1")

要删除集合中的所有索引，可以使用 dropIndexes() 方法：

db.myCollection.dropIndexes()

聚合操作

聚合操作允许对数据进行复杂的处理和分析。MongoDB 提供了 aggregate() 方法来执行聚合操作。聚合管道由多个阶段组成，每个阶段对数据进行特定的转换。

例如，要计算 myCollection 集合中所有文档的 age 字段的平均值，可以使用以下聚合管道：

db.myCollection.aggregate([
    { $group: { _id: null, averageAge: { $avg: "$age" } } }
])

这里的 $group 阶段根据 _id 字段对文档进行分组，_id: null 表示将所有文档分为一组。$avg 是一个聚合操作符，用于计算 age 字段的平均值。

另一个常见的聚合操作是 $match 阶段，用于筛选文档。例如，要先筛选出 age 大于 30 的文档，然后计算这些文档的平均年龄：

db.myCollection.aggregate([
    { $match: { age: { $gt: 30 } } },
    { $group: { _id: null, averageAge: { $avg: "$age" } } }
])

$sort 阶段可用于对聚合结果进行排序。例如，要按 age 字段降序对文档进行排序，然后取前 10 个文档：

db.myCollection.aggregate([
    { $sort: { age: -1 } },
    { $limit: 10 }
])

游标操作

当执行查询时，find() 方法返回一个游标对象。游标是一个指向查询结果集的指针，允许逐个访问结果集中的文档。

默认情况下，MongoDB Shell 会自动迭代游标并显示前 20 个文档。如果结果集较大，可以使用 it 命令迭代显示更多文档。例如：

var cursor = db.myCollection.find()
cursor.it()

也可以使用 forEach() 方法对游标中的每个文档执行自定义操作。例如，要打印 myCollection 集合中每个文档的 name 字段：

db.myCollection.find().forEach( function(doc) {
    print(doc.name)
} )

游标还支持一些其他方法，如 count() 方法用于获取结果集中文档的数量：

var count = db.myCollection.find().count()
print(count)

管理用户和权限

创建用户

在 MongoDB 中，可以使用 db.createUser() 方法创建用户。例如，要在 admin 数据库中创建一个具有管理员权限的用户，可以执行以下命令：

use admin
db.createUser(
    {
        user: "adminUser",
        pwd: "password123",
        roles: [ { role: "root", db: "admin" } ]
    }
)

上述命令创建了一个名为 adminUser 的用户，密码为 password123，并赋予其 root 角色，该角色具有最高权限。

要在普通数据库中创建用户并赋予特定权限，可以在相应数据库中执行 createUser() 方法。例如，在 myDB 数据库中创建一个具有读写权限的用户：

use myDB
db.createUser(
    {
        user: "myUser",
        pwd: "userPassword",
        roles: [ { role: "readWrite", db: "myDB" } ]
    }
)

查看用户

使用 show users 命令可以查看当前数据库中的所有用户。例如：

use myDB
show users

修改用户密码

要修改用户的密码，可以使用 db.changeUserPassword() 方法。例如，要修改 myUser 用户的密码：

use myDB
db.changeUserPassword("myUser", "newPassword")

删除用户

使用 db.dropUser() 方法可以删除用户。例如，要删除 myUser 用户：

use myDB
db.dropUser("myUser")

备份与恢复

备份数据库

MongoDB 提供了 mongodump 工具来备份数据库。在命令行中，执行以下命令可以备份整个 MongoDB 实例：

mongodump --uri="mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/admin"

上述命令使用指定的用户名、密码和连接字符串备份 admin 数据库。如果要备份单个数据库，可以指定数据库名称：

mongodump --uri="mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/" --db myDB

要备份特定的集合，可以使用 --collection 选项：

mongodump --uri="mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/" --db myDB --collection myCollection

恢复数据库

使用 mongorestore 工具可以恢复备份的数据。例如，要恢复之前备份的 myDB 数据库，可以执行以下命令：

mongorestore --uri="mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/" --dir <backup_directory>/myDB

<backup_directory> 是 mongodump 备份数据的目录。如果要恢复特定的集合，可以指定集合名称：

mongorestore --uri="mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/" --db myDB --collection myCollection <backup_directory>/myDB/myCollection.bson

高级查询技巧

使用正则表达式查询

MongoDB 支持使用正则表达式进行查询。例如，要查询 name 字段以 J 开头的文档，可以执行：

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

上述正则表达式 /^J/ 表示匹配以 J 开头的字符串。

数组查询

如果文档中包含数组字段，MongoDB 提供了多种方式进行查询。例如，假设有一个文档结构如下：

{
    name: "John",
    hobbies: [ "reading", "swimming", "coding" ]
}

要查询 hobbies 数组中包含 swimming 的文档，可以执行：

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，要查询 hobbies 数组中同时包含 reading 和 coding 的文档：

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

嵌套文档查询

对于包含嵌套文档的结构，例如：

{
    name: "John",
    address: {
        city: "New York",
        state: "NY"
    }
}

要查询 address.city 为 New York 的文档，可以使用点表示法：

db.myCollection.find( { "address.city": "New York" } )

事务操作

MongoDB 从 4.0 版本开始支持多文档事务。要使用事务，首先需要确保 MongoDB 部署为副本集。

在 MongoDB Shell 中，可以使用 startSession() 方法开始一个会话，然后在会话中启动事务。例如：

var session = db.getMongo().startSession()
session.startTransaction()
try {
    db.collection1.insertOne( { data: "data1" }, { session: session } )
    db.collection2.insertOne( { data: "data2" }, { session: session } )
    session.commitTransaction()
} catch (e) {
    session.abortTransaction()
    print(e)
} finally {
    session.endSession()
}

上述代码在一个事务中向 collection1 和 collection2 两个集合中插入文档。如果任何一个插入操作失败，事务将回滚，不会对数据库进行任何更改。

性能优化

索引优化

确保对经常用于查询条件的字段创建索引。定期使用 db.collection.getIndexes() 查看索引使用情况，删除不必要的索引，因为索引会占用额外的存储空间并影响写操作性能。

查询优化

避免全表扫描，尽量使用索引。在查询时，合理使用查询条件和操作符，确保查询语句的高效性。例如，使用 $in 操作符时要注意其性能影响，如果数据量过大，可能需要考虑其他方式。

批量操作

在进行插入、更新或删除操作时，尽量使用批量操作方法（如 insertMany()、updateMany()、deleteMany()），这样可以减少客户端与服务器之间的通信次数，提高操作效率。

与编程语言集成

MongoDB 支持多种编程语言的驱动程序，如 Node.js、Python、Java 等。以 Node.js 为例，首先需要安装 mongodb 包：

npm install mongodb

然后可以在 Node.js 代码中连接到 MongoDB 并进行操作。例如：

const { MongoClient } = require('mongodb');
const uri = "mongodb://adminUser:password123@192.168.1.100:27017/?authSource=admin";
const client = new MongoClient(uri, { useNewUrlParser: true, useUnifiedTopology: true });

async function run() {
    try {
        await client.connect();
        const database = client.db('myDB');
        const collection = database.collection('myCollection');

        // 插入文档
        await collection.insertOne({ name: "Node.js User", age: 28 });

        // 查询文档
        const result = await collection.find({ age: { $gt: 25 } }).toArray();
        console.log(result);
    } finally {
        await client.close();
    }
}
run().catch(console.dir);

上述代码展示了如何在 Node.js 中连接到 MongoDB，插入文档并进行查询。不同编程语言的驱动程序使用方式略有不同，但基本原理相似。通过与编程语言集成，可以将 MongoDB 无缝融入到各种应用程序开发中。

通过以上对 MongoDB Shell 客户端交互式操作的详细讲解，你应该能够熟练掌握 MongoDB 的基本操作、高级查询、索引管理、事务处理等重要功能，为开发基于 MongoDB 的应用程序奠定坚实的基础。在实际应用中，还需要根据具体的业务需求和数据特点，灵活运用这些知识，以实现高效、可靠的数据管理和应用开发。