MongoDB - 增删改查

连接

标准 URI 连接语法

通常，可以设定标准的 URI 连接语法，作为连接配置：

mongodb://[username:password@]host1[:port1][,host2[:port2],...[,hostN[:portN]]][/[database][?options]]

• mongodb://: 固定的格式，即指定当前的 URI 是标准的 MongoDB 连接语法
• username:password@: 可选项，如果设置，在连接数据库服务器之后，驱动会尝试登录这个数据库
• host1: 必须的，至少指定一个 host，它指定了要连接服务器的地址。如果要连接副本及集，需要指定多个主机地址
• portX: 可选的指定端口，如果不填，默认为 27017
• /database: 如果指定账号和密码，连接并验证登录指定数据库。若不指定，默认打开 test 数据库
• ?options: 连接选项，如果没有指定数据库，则前面需要加上 /。所有连接选项都是键值对 name=value，键值对之间通过 & 或 ; 隔开

连接选项

标准的连接格式包含了多个选项，如下所示：

• replicaSet=name: 验证副本集的名称
• slaveOk=true|false: 选择连接主服务器的方式
  • true: 表示有从服务器，当 connect=direct 时会连接第一台机器，即使这台不是主服务器；当 connect=replicaSet 时会发送所有的写请求到主并且把读请求分布在其他从服务器
  • false: 表示无从服务器，当 connect=direct 时会自动找寻主服务器；当 connect=replicaSet 时仅连接主服务器，并且所有的读写命令都连接到主服务器
• safe=true|false: 设置为 true 时，在执行更新操作之后，驱动都会发送 getLastError 命令来确保更新成功
• w=n: 驱动添加 {w: n} 到 getLastError 命令，应用于 safe=true
• wtimeoutMS=ms: 驱动添加 {wtimeout: ms} 到 getLastError 命令，应用于 safe=true
• fsync=true|false: 驱动添加 {fsync: true} 到 getLastError 命令，应用于 safe=true
• journal=true|false: 如果设置为 true，同步到日志（在提交到数据库前写入到实体中），应用于 safe=true
• connectTimeoutMS=ms: 可以打开连接的时间
• socketTimeoutMS=ms: 发送和接受 socket 的时间

连接命令格式

使用 mongosh 连接 MongoDB 时，也支持命令选项的方式添加配置：

• --host arg: 指定数据库地址
• --port arg: 指定数据库端口
• -u [ --username ] arg: 鉴权的账号
• -p [ --password ] arg: 鉴权的密码

插入文档

插入校验

MongoDB 会对要插入的数据进行最基本的检查：检查文档的基本结构，如缺少 _id 键会自动添加一个、是否包含非 UTF-8 字符、是否使用了无法识别的类型、检查文档大小等。

其中，检查文档大小主要因为 MongoDB 限制了所有文档必须小于 16MB，主要是为了防止不良的模式设计并确保性能上的一致。

要查看文档的 BSON 大小，可以在 shell 中执行 Object.bsonsize(doc) 查看字节大小。

单个插入

官方文档：db.collection.insertOne() — MongoDB Manual

db.collection.insertOne(
    <document>,
    {
        writeConcern: <document>
    }
)

批量插入

官方文档：db.collection.insertMany() — MongoDB Manual

db.collection.insertMany(
    [ <document 1> , <document 2>, ... ],
    {
        writeConcern: <document>,
        ordered: <boolean>
     }
)

通过传输 ordered=true 可以确保文档按提供的顺序插入，指定为 false 则允许 MongoDB 重新排列插入的顺序以提高性能，默认为 true 值。

以有序插入的方式使用 insertMany 出现错误将会阻塞后续的插入动作，无需插入的方式则不管其他插入是否出现了错误。

删除文档

单个删除

官方文档：db.collection.deleteOne() — MongoDB Manual

db.collection.deleteOne(
    <filter>,
    {
         writeConcern: <document>,
         collation: <document>,
         hint: <document|string>    // Available starting in MongoDB 4.4
    }
)

使用 hint 参数可以指定 filter 查询时命中的索引，这对于复杂的索引结构时可以提升部分效率。

批量删除

官方文档：db.collection.deleteMany() — MongoDB Manual

db.collection.deleteMany(
    <filter>,
    {
         writeConcern: <document>,
         collation: <document>,
         hint: <document|string>    // Available starting in MongoDB 4.4
    }
)

单个删除并返回

官方文档：db.collection.findOneAndDelete() — MongoDB Manual

db.collection.findOneAndDelete(
    <filter>,
    {
        writeConcern: <document>,
        projection: <document>,
        sort: <document>,
        maxTimeMS: <number>,
        collation: <document>
    }
)

更新文档

更新文档是原子操作：如果两个更新同时发生，那么首先到达服务器的更新会先被执行，然后再执行下一个更新。

因此，相互冲突的更新可以安全地迅速接连完成，而不会破坏任何文档：最后一次更新将“成功”。如果不想使用默认行为，则可以考虑使用文档版本控制模式。

单个更新

官方文档：db.collection.updateOne() — MongoDB Manual

db.collection.updateOne(
    <filter>,
    <update>,
    {
        upsert: <boolean>,
        writeConcern: <document>,
        collation: <document>,
        arrayFilters: [ <filterdocument1>, ... ],
        hint:  <document|string>    // Available starting in MongoDB 4.2.1
    }
)

在更新文档的时候，比较需要注意的事 upsert 的使用，其是一种特殊类型的更新：如果找不到与筛选条件相匹配的文档，则会以这个条件和更新文档为基础来创建一个新文档；如果找到了匹配的文档，则进行正常的更新。

因此，使用 upsert 的好处就是，可以使用同一套代码创建和更新文档。

使用 upsert 时就涉及到一个 $setOnInsert 运算符，它的作用是，只会在插入文档时设置字段的值，在后续的更新时不对其进行更改。

批量更新

官方文档：db.collection.updateMany() — MongoDB Manual

db.collection.updateMany(
    <filter>,
    <update>,
    {
        upsert: <boolean>,
        writeConcern: <document>,
        collation: <document>,
        arrayFilters: [ <filterdocument1>, ... ],
        hint:  <document|string>    // Available starting in MongoDB 4.2.1
    }
)

单个替换

官方文档：db.collection.replaceOne() — MongoDB Manual

db.collection.replaceOne(
    <filter>,
    <replacement>,
    {
        upsert: <boolean>,
        writeConcern: <document>,
        collation: <document>,
        hint: <document|string>     // Available starting in 4.2.1
    }
)

replaceOne 和 updateOne 操作的区别在于，updateOne 可以更新文档中部分键的值，而 replaceOne 的作用是直接将整个文档都替换掉，通常是建议使用 updateOne 而不是 replaceOne。

单个更新并返回

官方文档：db.collection.findOneAndUpdate() — MongoDB Manual

db.collection.findOneAndUpdate(
    <filter>,
    <update document or aggregation pipeline>,  // Changed in MongoDB 4.2
    {
        projection: <document>,
        sort: <document>,
        maxTimeMS: <number>,
        upsert: <boolean>,
        returnDocument: <string>,
        returnNewDocument: <boolean>,
        collation: <document>,
        arrayFilters: [ <filterdocument1>, ... ]
    }
)

使用 findOneAndUpdate 而不是 updateOne 的最大目的莫过于使用 findOneAndUpdate 可以返回更新前后文档内容。

通过设置 returnNewDocument 的值为 true 可以返回更新后的文档，为 false 时可以返回更新前的文档。

单个替换并返回

官方文档：db.collection.findOneAndReplace() — MongoDB Manual

db.collection.findOneAndReplace(
    <filter>,
    <replacement>,
    {
        projection: <document>,
        sort: <document>,
        maxTimeMS: <number>,
        upsert: <boolean>,
        returnDocument: <string>,
        returnNewDocument: <boolean>,
        collation: <document>
    }
)

更新运算符

官方文档：Update Operators — MongoDB Manual

对于如 updateOne、updateMany、findOneAndUpdate 等更新操作，MongoDB 提供了原子的更新运算符支持只更新部分数据。

运算符支持以 { <operator>: { <field>: <value>,... } } 的方式使用，并且可以同时使用多个运算符。

为避免出现歧义，不建议对同一个属性同时使用不同的运算符。

字段

• $currentDate: 将指定键设置为当前时间
• $inc: 对数字类型的键做递增操作
• $min: 会比较原始值和更新值，并设置成较小值
• $max: 会比较原始值和更新值，并设置成较大值
• $mul: 对数字类型的键做乘法操作
• $rename: 修改指定键的名称
• $set: 将指定键设置为指定值
• $setOnInsert: 与 upsert 配合使用，如果更新导致文档插入，则设置字段的值，对修改现有文档的更新操作无效
• $unset: 删除指定键

数组

• $: 充当占位符，更新与查询条件匹配的第一个元素
• $[]: 充当占位符，为匹配查询条件的文档更新数组中的所有元素
• $[<identifier>]: 充当占位符，为匹配查询条件的文档更新与 arrayFilters 条件匹配的所有元素
• $addToSet: 仅当集合中不存在该元素时，才将元素添加到数组中
• $pop: 传 { $pop: { field: 1 } } 表示删除数组中的最后一项，传 -1 时表示删除第一项
• $pull: 删除与指定查询匹配的所有数组元素
• $push: 新增一项到数组中
• $pullAll: 删除列出的所有数组元素

数组内层

• $each: 使用 $push 或 $addToSet 运算符时，增加此运算符可以批量添加元素
• $position: 与 $each 配合使用，可以指定添加元素的位置
• $slice: 与 $each 配合使用，防止数组的增长超过某个大小，传正数表示从左到右截断
• $sort: 与 $each 配合使用，对添加完元素的数组进行排序

位运算

$bit: 支持对整数值进行按位 AND、OR 或 XOR 更新，通过使用 { $bit: { <field>: { <and|or|xor>: <int> } } } 完成更新。

批量写操作

官方文档：db.collection.bulkWrite() — MongoDB Manual

MongoDB 提供了 bulkwrite 命令支持批量执行命令，批处理时在一定程度上减少了网络交互的损耗。

db.collection.bulkWrite(
    [ <operation 1>, <operation 2>, ... ],
    {
         writeConcern: <document>,
         ordered: <boolean>
    }
)

支持的以下操作：

• insertOne
• updateOne
• updateMany
• replaceOne
• deleteOne
• deleteMany

查询文档

单个查询

官方文档：db.collection.findOne() — MongoDB Manual

db.collection.findOne(query, projection, options)

第一个参数是查询条件，可以使用键值对的方式指定需要匹配的条件，多个键之间是 AND 的关系。

第二个参数用于仅返回指定的键，既可以节省网络传输的数据量，也可以减少客户端解码文档的时间和内存消耗。

第三个参数可以指定查询到可选项，这些选项会修改查询行为和返回结果的方式。更多查看 官方文档。

批量查询

官方文档：db.collection.find() — MongoDB Manual

db.collection.find(query, projection, options)

数据库会使用游标返回 find 的执行结果。

对于游标，客户端可以限制结果的数量，跳过一些结果，按任意方向的任意键组合对结果进行排序等操作。更多查询 官方文档。

下述是一些常用的游标方法：

• count(): 统计游标引用的文档数量
• hasNext(): 查询是否有下一个结果
• hint(index): 指定游标命中的索引
• limit(number): 限制返回结果的数量
• next(): 返回下一个搜索结果
• size(): 返回应用 skip() 和 limit() 之后的查询数量
• skip(number): 控制跳过一定的数量，跳过大量数据会比较慢
• sort(sort): 使用键值对的方式对搜索结果进行排序

在服务器端，游标会占用内存的资源。通常在以下情况会终止游标及进行随后的清理：

• 当游标遍历完成匹配的结果时，它会清除自身
• 当游标超出客户端的作用域时，驱动程序会向数据库发送终止游标的信号
• 当游标达到 10 分钟没有使用时，数据库游标会被自动销毁

查询运算符

官方文档：Query and Projection Operators — MongoDB Manual

同样的，设置查询条件时，MongoDB 提供了查询运算符支持更多的查询方式。

比较运算符

• $eq: 返回等于指定值的结果，等同 { <field>: <value> } 的显式表示
• $gt: 返回大于指定值的结果
• $gte: 返回大于等于指定值的结果
• $in: 返回等于指定数组中任意一个值的结果，对于一个键匹配多个值，$in 比 $or 更方便
• $lt: 返回小于指定值的结果
• $lte: 返回小于等于指定值的结果
• $ne: 返回不等于指定值的结果
• $nin: 返回不等于指定数组中任意一个值的结果

逻辑运算符

• $and: 返回同时符合查询子句要求的结果
• $not: 元运算符，匹配不符合查询语句要求的结果
• $nor: 返回不能同时符合查询子句要求的结果
• $or: 返回与任意一个查询子句的条件匹配的结果

对于普通的 $and 类型查询，我们总是希望尽可能用最少的参数来限定结果的范围。而 $or 类型查询则相反，如果第一个参数能够匹配尽可能多的文档，则其效率最高。

元素运算符

• $exists: 判断指定键是否存在，返回符合要求的结果
• $type: 判断指定键的数据类型，返回符合要求的结果（好的模式设计不应该出现不同类型）

表达式运算符

• $expr: 允许使用聚合表达式，适合用在一些比较复杂的查询语句
• $jsonSchema: 根据给定的 JSON 模式验证文档，返回符合要求的结果
• $mod: 指定键的值执行模运算，返回符合要求的结果
• $regex: 使用正则表达式对指定键做匹配，MongoDB 可以利用索引来查询前缀正则表达式，但不能用于不区分大小写的搜索
• $text: 对使用文本索引的字段内容执行文本搜索，可以作为一个简易的搜索引擎使用
• $where: 允许在查询时执行任意 JavaScript 代码（性能较差，尽可能使用 $expr 代替）

数组运算符

• $all: 匹配包含查询中指定的所有元素的数组
• $elemMatch: 用于强制将查询子句与单个数组元素进行匹配
• $size: 匹配指定数组长度大小的结果

投影运算符

投影运算符针对的是查询语句的第二个参数，即返回的结果。

• $: 仅返回数组中与查询条件匹配的第一个元素
• $elemMatch: 对返回结果中的数组元素做 $elemMatch 匹配，仅返回数组中满足要求的元素
• $meta: 与 $text 运算符配合使用，返回与文档关联的元数据，可以返回匹配分数，或者索引键
• $slice: 对返回结果中的数组做截取返回

特殊的 null 值

在 MongoDB 中，null 是一个比较特殊的值，它可以与自身匹配。也就是说了，通过 { field: null } 可以查询出 field 键为 null 的文档。

不过，更特殊的是，null 同样会匹配缺少这个键值的文档。也就是说，{ field: null } 可以查询出不包含 field 键的文档。

如果仅想匹配键值为 null 的文档，则需要检查该键的值是否为 null，并且通过 $exists 条件确认该键已存在，如 { field: { $eq: null, $exists: true } } 就是这样的查询条件组。