MongoDB

什么是MongoDB

MongoDB是面向文档的NoSQL数据库，用于大量数据存储。属于NoSQL数据库的类别。

MongoDB功能

每个数据库都包含集合，而集合又包含文档。每个文档可以具有不同数量的字段。每个文档的大小和内容可以互不相同。 文档结构更符合开发人员如何使用各自的编程语言构造其类和对象。开发人员经常会说他们的类不是行和列，而是具有键值对的清晰结构。 从NoSQL数据库的简介中可以看出，行（或在MongoDB中调用的文档）不需要预先定义架构。相反，可以动态创建字段。 MongoDB中可用的数据模型使我们可以更轻松地表示层次结构关系，存储数组和其他更复杂的结构。 可伸缩性– MongoDB环境具有很高的可伸缩性。全球各地的公司已经定义了自己的集群，其中一些集群运行着100多个节点，数据库中包含大约数百万个文档

为什么使用MongoDB

• 面向文档的–由于MongoDB是NoSQL类型的数据库，它不是以关系类型的格式存储数据，而是将数据存储在文档中。这使得MongoDB非常灵活，可以适应实际的业务环境和需求。
• 临时查询-MongoDB支持按字段，范围查询和正则表达式搜索。可以查询返回文档中的特定字段。
• 索引-可以创建索引以提高MongoDB中的搜索性能。MongoDB文档中的任何字段都可以建立索引。
• 复制-MongoDB可以提供副本集的高可用性。副本集由两个或多个mongo数据库实例组成。每个副本集成员可以随时充当主副本或辅助副本的角色。主副本是与客户端交互并执行所有读/写操作的主服务器。辅助副本使用内置复制维护主数据的副本。当主副本发生故障时，副本集将自动切换到辅助副本，然后它将成为主服务器。

• 负载平衡-MongoDB使用分片的概念，通过在多个MongoDB实例之间拆分数据来水平扩展。MongoDB可以在多台服务器上运行，以平衡负载或复制数据，以便在硬件出现故障时保持系统正常运行

  MongoDB常用术语

  下面是MongoDB中使用的一些常用术语

• _id – 这是每个MongoDB文档中必填的字段。_id字段表示MongoDB文档中的唯一值。_id字段类似于文档的主键。如果创建的新文档中没有_id字段，MongoDB将自动创建该字段。

• 集合 – 这是MongoDB文档的分组。集合等效于在任何其他RDMS（例如Oracle或MS SQL）中创建的表。集合存在于单个数据库中。从介绍中可以看出，集合不强制执行任何结构。
• 游标 – 这是指向查询结果集的指针。客户可以遍历游标以检索结果。
• 数据库 – 这是像RDMS中那样的集合容器，其中是表的容器。每个数据库在文件系统上都有其自己的文件集。MongoDB服务器可以存储多个数据库。
• 文档 - MongoDB集合中的记录基本上称为文档。文档包含字段名称和值。
• 字段 - 文档中的名称/值对。一个文档具有零个或多个字段。字段类似于关系数据库中的列

下图显示了带有键值对的字段的示例。如下的例子中，CustomerID和11是文档中定义的键值对之一

MongoDB与RDBMS区别

下表将帮助您更容易理解Mongo中的一些概念：

WT的事务构造

知道了基本的事务概念和ACID后，来看看WT引擎是怎么来实现事务和ACID的。要了解实现先要知道它的事务的构造和使用相关的技术，WT在实现事务的时使用主要是使用了三个技术：snapshot(事务快照)、MVCC (多版本并发控制)和redo log(重做日志)，为了实现这三个技术，它还定义了一个基于这三个技术的事务对象和全局事务管理器。事务对象描述如下

wt_transaction{
    transaction_id:    本次事务的**全局唯一的ID**，用于标示事务修改数据的版本号
    snapshot_object:   当前事务开始或者操作时刻其他正在执行且并未提交的事务集合,用于事务隔离
    operation_array:   本次事务中已执行的操作列表,用于事务回滚。
    redo_log_buf:      操作日志缓冲区。用于事务提交后的持久化
    state:             事务当前状态
}

WT的多版本并发控制

WT中的MVCC是基于key/value中value值的链表，这个链表单元中存储有当先版本操作的事务ID和操作修改后的值。描述如下：

wt_mvcc{
    transaction_id:    本次修改事务的ID
    value:             本次修改后的值
}

WT中的数据修改都是在这个链表中进行append操作，每次对值做修改都是append到链表头上，每次读取值的时候读是从链表头根据值对应的修改事务transaction_id和本次读事务的snapshot来判断是否可读，如果不可读，向链表尾方向移动，直到找到读事务能都的数据版本。样例如下：

上图中，事务T0发生的时刻最早，T5发生的时刻最晚。T1/T2/T4是对记录做了修改。那么在mvcc list当中就会增加3个版本的数据，分别是11/12/14。如果事务都是基于snapshot级别的隔离，T0只能看到T0之前提交的值10，读事务T3访问记录时它能看到的值是11，T5读事务在访问记录时，由于T4未提交，它也只能看到11这个版本的值。这就是WT 的MVCC基本原理