MongoDB Shell深入探索：客户端功能

MongoDB Shell 基础认知

MongoDB Shell 是与 MongoDB 交互的重要工具，它基于 JavaScript 构建，为用户提供了一个交互式的环境来执行数据库操作。在深入客户端功能之前，先了解一些基础操作，这有助于我们更好地理解后续复杂功能。

当我们启动 MongoDB Shell 时，实际上是启动了一个 JavaScript 环境，并且自动连接到了本地 MongoDB 实例的 test 数据库（默认情况）。例如，启动 Shell 后，我们可以简单地输入 db 命令，它会返回当前所在的数据库对象。

// 启动MongoDB Shell后，执行db命令查看当前数据库
db

这一操作背后，是 MongoDB Shell 识别 db 这个特殊变量，它始终指向当前正在使用的数据库对象。如果我们想要切换数据库，可以使用 use 命令。

// 切换到名为myDB的数据库，如果数据库不存在，后续操作会自动创建
use myDB

数据库操作功能

创建和删除数据库

在 MongoDB Shell 中，创建数据库并不像传统关系型数据库那样需要特定的创建语句。正如上面 use 命令所展示的，当我们使用 use 切换到一个不存在的数据库时，只要后续对该数据库进行写操作（比如插入文档），数据库就会被自动创建。

// 切换到newDB数据库
use newDB
// 向newDB数据库的testCollection集合中插入一个文档，这会自动创建newDB数据库（如果不存在）
db.testCollection.insertOne({name: 'example'})

删除数据库也很直接，通过 db.dropDatabase() 方法即可。这个方法会删除当前 db 变量所指向的数据库。

// 假设当前在testDB数据库，删除该数据库
db.dropDatabase()

查看数据库列表

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

show dbs

这个命令会返回当前 MongoDB 实例中所有数据库的名称及大致大小。但需要注意的是，如果一个数据库刚刚创建且没有任何数据，使用 show dbs 可能不会立即显示该数据库，直到有数据插入后才会显示。

集合操作功能

创建和删除集合

集合类似于关系型数据库中的表，是 MongoDB 中存储文档的逻辑容器。创建集合同样可以通过简单的插入操作隐式创建。例如，当我们向一个不存在的集合插入文档时，集合会自动创建。

// 向myCollection集合插入文档，如果myCollection不存在则自动创建
db.myCollection.insertOne({key: 'value'})

也可以显式创建集合，使用 db.createCollection() 方法，并可以在创建时指定一些选项，如设置集合的大小上限、是否为固定集合等。

// 显式创建名为fixedColl的固定集合，大小为5242880字节，最多容纳1000个文档
db.createCollection("fixedColl", {capped: true, size: 5242880, max: 1000})

删除集合使用 db.collection.drop() 方法，其中 collection 是要删除的集合名称。

// 删除名为myCollection的集合
db.myCollection.drop()

查看集合列表

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

show collections

文档操作功能

插入文档

插入文档是 MongoDB 最基本的操作之一。可以使用 insertOne() 方法插入单个文档，insertMany() 方法插入多个文档。

// 插入单个文档
db.users.insertOne({name: 'John', age: 30})

// 插入多个文档
db.users.insertMany([
    {name: 'Jane', age: 25},
    {name: 'Bob', age: 35}
])

查询文档

查询操作在 MongoDB 中功能强大且灵活。基本的查询使用 find() 方法，不带任何参数时会返回集合中的所有文档。

// 查询users集合中的所有文档
db.users.find()

要指定查询条件，可以在 find() 方法中传入一个查询文档。例如，查询年龄大于 30 的用户。

// 查询年龄大于30的用户
db.users.find({age: {$gt: 30}})

这里 $gt 是 MongoDB 的比较操作符，表示“大于”。还有其他如 $lt（小于）、$gte（大于等于）、$lte（小于等于）、$eq（等于）、$ne（不等于）等操作符可供使用。

更新文档

更新文档使用 updateOne()、updateMany() 方法。例如，将名字为 John 的用户年龄更新为 31。

// 更新单个文档
db.users.updateOne({name: 'John'}, {$set: {age: 31}})

$set 操作符用于指定要更新的字段和值。如果要更新多个符合条件的文档，可以使用 updateMany()。

// 更新所有年龄大于30的用户，将他们的年龄加1
db.users.updateMany({age: {$gt: 30}}, {$inc: {age: 1}})

这里 $inc 操作符用于对字段值进行递增操作。

删除文档

删除文档使用 deleteOne() 和 deleteMany() 方法。例如，删除名字为 Bob 的用户。

// 删除单个文档
db.users.deleteOne({name: 'Bob'})

如果要删除所有符合某个条件的文档，如删除所有年龄小于 25 的用户，则使用 deleteMany()。

// 删除多个文档
db.users.deleteMany({age: {$lt: 25}})

高级查询功能

投影操作

投影操作允许我们在查询时指定返回文档的字段，而不是返回整个文档。通过在 find() 方法的第二个参数中指定投影文档来实现。例如，只返回用户的名字，不返回年龄。

// 只返回名字字段
db.users.find({}, {name: 1, _id: 0})

这里 1 表示包含该字段，0 表示排除该字段。需要注意的是，_id 字段默认是返回的，如果不想返回，必须显式设置为 0。

排序操作

使用 sort() 方法对查询结果进行排序。例如，按年龄升序排序。

// 按年龄升序排序
db.users.find().sort({age: 1})

1 表示升序，-1 表示降序。如果要按多个字段排序，可以在 sort() 方法的参数中传入多个字段及排序方向。

// 先按年龄升序，年龄相同再按名字降序
db.users.find().sort({age: 1, name: -1})

限制和跳过操作

limit() 方法用于限制返回结果的数量，skip() 方法用于跳过指定数量的文档。例如，只返回前 5 个文档。

// 只返回前5个文档
db.users.find().limit(5)

跳过前 3 个文档，返回后面的文档。

// 跳过前3个文档
db.users.find().skip(3)

聚合操作

聚合操作允许我们对文档进行复杂的数据处理，如分组、求和、平均值计算等。聚合使用 aggregate() 方法，通过管道操作符来处理数据。

例如，计算用户的平均年龄。

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

这里 $group 是聚合管道操作符，用于按指定字段分组。_id 设置为 null 表示不按任何字段分组，即对整个集合进行操作。$avg 是聚合操作符，用于计算平均值。

索引操作功能

创建索引

索引可以大大提高查询性能。在 MongoDB Shell 中，可以使用 createIndex() 方法创建索引。例如，为 users 集合的 name 字段创建一个单字段索引。

// 为name字段创建单字段索引
db.users.createIndex({name: 1})

还可以创建复合索引，即基于多个字段的索引。

// 为age和name字段创建复合索引
db.users.createIndex({age: 1, name: -1})

查看索引

使用 getIndexes() 方法可以查看集合的所有索引。

// 查看users集合的所有索引
db.users.getIndexes()

删除索引

删除索引使用 dropIndex() 方法，传入索引名称即可。索引名称可以从 getIndexes() 的结果中获取。

// 删除名为name_1的索引
db.users.dropIndex({name: 1})

游标操作

在 MongoDB 中，查询结果通常以游标（Cursor）的形式返回。游标是一个指向查询结果集的指针，它允许我们逐步遍历结果。

当我们执行一个查询，如 db.users.find()，实际上返回的是一个游标对象。默认情况下，MongoDB Shell 会自动迭代游标并显示前 20 个文档。如果结果集超过 20 个文档，可以使用 it 命令继续显示后续文档。

// 查询users集合，返回游标对象
var cursor = db.users.find()
// 使用it命令显示游标中的下一批文档
it

我们也可以手动迭代游标，通过 hasNext() 方法判断游标是否还有下一个文档，next() 方法获取下一个文档。

var cursor = db.users.find()
while (cursor.hasNext()) {
    var doc = cursor.next()
    printjson(doc)
}

这里 printjson() 是 MongoDB Shell 中的一个函数，用于以 JSON 格式打印文档。

管理连接

连接到远程 MongoDB 实例

默认情况下，MongoDB Shell 连接到本地的 MongoDB 实例。要连接到远程实例，需要在启动 Shell 时指定主机和端口。

mongo <host>:<port>

例如，要连接到主机为 192.168.1.100，端口为 27017 的 MongoDB 实例，可以执行：

mongo 192.168.1.100:27017

如果远程实例需要认证，还需要在连接时提供用户名和密码等认证信息。

mongo 192.168.1.100:27017/admin -u <username> -p <password>

这里 -u 用于指定用户名，-p 用于指定密码，admin 表示认证数据库，有些情况下认证数据库可能是其他名称，需根据实际情况调整。

断开连接

在 MongoDB Shell 中，可以使用 quit() 或 exit() 命令断开与 MongoDB 实例的连接并退出 Shell。

quit()

脚本执行

除了在交互式环境中执行命令，MongoDB Shell 还支持执行外部 JavaScript 脚本。这对于批量执行复杂操作非常有用。

假设我们有一个名为 script.js 的文件，内容如下：

// script.js
db = connect('192.168.1.100:27017/myDB')
db.users.insertOne({name: 'ScriptInsert', age: 40})

我们可以在命令行中使用 mongo 命令执行该脚本：

mongo script.js

在脚本中，connect() 函数用于连接到指定的 MongoDB 实例和数据库。这样我们就可以在脚本中编写复杂的数据库操作逻辑，而无需在交互式 Shell 中逐行输入。

与其他编程语言集成

虽然 MongoDB Shell 提供了强大的功能，但在实际应用开发中，通常需要将 MongoDB 与其他编程语言集成。例如，在 Node.js 中，可以使用 mongodb 驱动来操作 MongoDB。

首先，通过 npm 安装 mongodb 驱动：

npm install mongodb

然后，编写如下 Node.js 代码来连接 MongoDB 并插入文档：

const { MongoClient } = require('mongodb')

const uri = "mongodb://192.168.1.100:27017"
const client = new MongoClient(uri)

async function run() {
    try {
        await client.connect()
        const database = client.db('myDB')
        const users = database.collection('users')
        await users.insertOne({name: 'NodeInsert', age: 32})
    } finally {
        await client.close()
    }
}
run().catch(console.dir)

这段代码通过 MongoClient 连接到 MongoDB 实例，选择数据库和集合，然后插入一个文档。与 MongoDB Shell 相比，这种方式更适合在应用程序中进行数据库操作，并且可以利用编程语言的各种特性来实现复杂的业务逻辑。

通过对 MongoDB Shell 客户端功能的深入探索，我们可以更好地掌握 MongoDB 的使用，无论是简单的数据库操作，还是复杂的查询、索引管理等，都能更加得心应手，为实际应用开发提供有力支持。同时，了解与其他编程语言的集成，也拓宽了我们在不同场景下使用 MongoDB 的能力。