mongodb findandmodify 原子性 高并发 mongodb原理

一、基本概念

MongoDB 是由C++语言编写的，是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统。
在高负载的情况下，添加更多的节点，可以保证服务器性能。

MongoDB 旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

MongoDB 将数据存储为一个文档，数据结构由键值(key->value)对组成。

MongoDB 文档类似于 JSON 对象。字段值可以包含其他文档，数组及文档数组。

特点：

• 文档是MongoDB种数据的基本单元，类似于关系型数据库中的行。
• 集合可以看成一个拥有动态模式的表。
• 每个文档都有一个特殊的键"_id"，其在文档所属的集合中是唯一的。
• MongoDB自带一个简单但功能强大的JavaScript shell。

SQL术语/概念	MongoDB术语/概念	解释/说明
database	database	数据库
table	collection	数据库表/集合
row	document	数据记录行/文档
column	field	数据字段/域
index	index	索引
table joins		表连接,MongoDB不支持
primary key	primary key	MongoDB自动将_id字段设置为主键

通过下图实例，我们也可以更直观的的了解Mongo中的一些概念：

注：

MongoDB中必须有一个"_id"键，这个键默认是ObjectId对象。在一个集合里每个文档被唯一标识。

4e7020cb7cac81af7136236b，每个字节两位的十六进制数字，总共用了12字节的存储空间。

ObjectId的官方规范:

• Time
  时间戳。将刚才生成的objectid的前4位进行提取“4e7020cb”，然后按照十六进制转为十进制，变为“1315971275”，这个数字就是一个时间戳。通过时间戳的转换，就成了易看清的时间格式，
• Machine
  机器。接下来的三个字节就是“7cac81”，这三个字节是所在主机的唯一标识符，一般是机器主机名的散列值，这样就确保了不同主机生成不同的机器hash值，确保在分布式中不造成冲突，这也就是在同一台机器生成的objectId中间的字符串都是一模一样的原因。
• PID
  进程ID。上面的Machine是为了确保在不同机器产生的objectId不冲突，而pid就是为了在同一台机器不同的mongodb进程产生了objectId不冲突，接下来的“af71”两位就是产生objectId的进程标识符。
• INC
  自增计数器。前面的九个字节是保证了一秒内不同机器不同进程生成objectId不冲突，这后面的三个字节“36236b”是一个自动增加的计数器，用来确保在同一秒内产生的objectId也不会发现冲突，允许256的3次方等于16777216条记录的唯一性。

总的来看，objectId的前4个字节时间戳，记录了文档创建的时间；接下来3个字节代表了所在主机的唯一标识符，确定了不同主机间产生不同的objectId；后2个字节的进程id，决定了在同一台机器下，不同mongodb进程产生不同的objectId；最后通过3个字节的自增计数器，确保同一秒内产生objectId的唯一性。ObjectId的这个主键生成策略，很好地解决了在分布式环境下高并发情况主键唯一性问题，值得学习借鉴。

二、数据库

一个mongodb中可以建立多个数据库。

MongoDB的默认数据库为"db"，该数据库存储在data目录中。

MongoDB的单个实例可以容纳多个独立的数据库，每一个都有自己的集合和权限，不同的数据库也放置在不同的文件中。

2.1、show dbs

“show dbs” 命令可以显示所有数据的列表：

mongos> show dbs
admin   0.000GB
config  0.001GB
test    0.001GB

2.2、db

执行 “db” 命令可以显示当前数据库对象或集合：

mongos> db
test

2.3、use

运行"use"命令，可以连接到一个指定的数据库。

mongos> use test
switched to db test

数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串：

• 不能是空字符串（"")；
• 不得含有’ '（空格)、.、$、/、\和\0 (空宇符)；
• 数据库名区分大小写，简单起见，应全部小写；
• 最多64字节；

2.4、保留的数据库名

有一些数据库名是保留的，可以直接访问这些有特殊作用的数据库。

admin：
从权限的角度来看，这是root数据库。
要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。
一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。

local:
这个数据永远不会被复制，可以用来存储限于本地单台服务器的任意集合。

config:
当Mongo用于分片设置时，config数据库在内部使用，用于保存分片的相关信息。

三、文档

文档是一个键值(key-value)对(即BSON)。
一个简单的文档例子如下：

{
"site":"www.baidu.com", 
"name":"百度"
}

需要注意的是：

• 文档中的键/值对是有序的。
• 文档中的值不仅可以是在双引号里面的字符串，还可以是其他几种数据类型（甚至可以是整个嵌入的文档)。
• MongoDB区分类型和大小写。
• MongoDB的文档不能有重复的键。
• 文档的键是字符串。除了少数例外情况，键可以使用任意UTF-8字符。

文档键命名规范：

• 键不能含有\0 (空字符)。这个字符用来表示键的结尾。
• .和$有特别的意义，只有在特定环境下才能使用。
• 以下划线"_"开头的键是保留的(不是严格要求的)。

四、集合

集合就是 MongoDB 文档组，类似于 RDBMS （关系数据库管理系统：Relational Database Management System)中的表格。

集合存在于数据库中，集合没有固定的结构，这意味着你在对集合可以插入不同格式和类型的数据，但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。

比如，我们可以将以下不同数据结构的文档插入到集合中：

{"site":"www.baidu.com"}  
{"site":"www.google.com","name":"Google"}  
{"site":"www.runoob.com","name":"菜鸟教程","num":5}

当第一个文档插入时，集合就会被创建。

合法的集合名：

• 集合名不能是空字符串""。
• 集合名不能含有\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾。
• 集合名不能以"system."开头，这是为系统集合保留的前缀。
• 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$。

#在col集合中找出一条文档
db.col.findOne()

五、元数据(了解即可)

数据库的信息是存储在集合中。它们使用了系统的命名空间：

dbname.system.*

MongoDB数据库中名字空间 < dbname >.system.* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)，如下:

集合命名空间	描述
dbname.system.namespaces	列出所有名字空间。
dbname.system.indexes	列出所有索引。
dbname.system.profile	包含数据库概要(profile)信息。
dbname.system.users	列出所有可访问数据库的用户。
dbname.local.sources	包含复制对端（slave）的服务器信息和状态。

对于修改系统集合中的对象有如下限制：
在{{system.indexes}}插入数据，可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)。
{{system.users}}是可修改的。
{{system.profile}}是可删除的。

六、MongoDB数据类型

数据类型	描述
String	字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中，UTF-8 编码的字符串才是合法的。
Integer	整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器，可分为 32 位或 64 位。
Boolean	布尔值。用于存储布尔值（真/假）。
Double	双精度浮点值 。用于存储浮点值。
Min/Max keys	将一个值与 BSON（二进制的 JSON）元素的最低值和最高值相对比。
Arrays	用于将数组或列表或多个值存储为一个键。
Timestamp	时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。
Object	用于内嵌文档。
Null	用于创建空值。
Symbol	符号。该数据类型基本上等同于字符串类型，但不同的是，它一般用于采用特殊符号类型的语言。
Date	日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间：创建 Date 对象，传入年月日信息。
Object ID	对象 ID。用于创建文档的 ID。
Binary Data	二进制数据。用于存储二进制数据。
Code	代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。
Regular expression	用于存储正则表达式。