大数据存储技术实验2：MongoDB数据库的部署和操作（持续更新）

Posted 2022-10-25 小手の冰凉

实验项目：MongoDB数据库的部署和操作

实验目的：熟练掌握MongoDB数据库单机和集群的部署与配置方法，MongoDB中数据库的管理、集合的管理和文档的增删改查命令、聚合和管道的操作、索引的建立和使用，Java和Python访问MongoDB的方法。

实验仪器：装有Linux操作系统的PC机。

实验内容步骤：

目录

1.实现MongoDB单实例的部署

1.1 安装MongoDB（Ubuntu版本：22.04 LTS）

1.1.1 查看Ubuntu版本

1.1.2 使用Ubuntu命令安装

1.2 启动MongoDB，验证状态

1.3 测试MongoDB

1.4 启动MongoDB Shell

2.使用Shell命令访问MongoDB数据库

2.1 数据库操作

2.1.1  数据库：查看、使用和删除数据库

2.1.2 集合：查看、创建和删除集合

2.1.3 文档：文档插入、文档查询、文档更新和文档删除

2.1.4 聚合和管道

2.1.5 索引：索引的创建、查看和删除

 2.2 MongoDB数据库操作实例（用 MongoDB Shell 设计出 Student 集合）

3.编程实现MongoDB的访问

4. 实现MongoDB的集群化部署

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[1-2参考大数据处理技术实验4]

1.实现MongoDB单实例的部署

1.1 安装MongoDB（Ubuntu版本：22.04 LTS）

1.1.1 查看Ubuntu版本

命令：lsb_release -a

1.1.2 使用Ubuntu命令安装

（1）更新系统包：

sudo apt update（可选）

sudo apt upgrade（可选）

sudo apt install dirmngr gnupg apt-transport-https ca-certificates software-properties-common

（2）安装MongoDB的依赖libssl1.1（安装curl后使用curl命令安装）

（3）运行下命令将 MongoDB 存储库添加到的 Ubuntu 系统（可选？）

echo "deb [ arch=amd64,arm64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu focal/mongodb-org/5.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-5.0.list

（4）添加MongoDB GPG密钥

wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-5.0.asc | sudo apt-key add -

（5）添加储存库，同时命令安装MongoDB服务包

sudo apt update

sudo apt install mongodb-org（sudo apt install -y mongodb-org）

1.2 启动MongoDB，验证状态

sudo systemctl enable mongod

sudo systemctl start mongod

sudo systemctl status mongod

1.3 测试MongoDB

mongo --eval 'db.runCommand(connectionStatus: 1)'

1.4 启动MongoDB Shell

mongo

·根据给出的Student文档完成操作

Student文档：


    “name”: “zhangsan”,  
    “score”:
        “English”: 70,
        “Math”: 80,
        “Computer”: 90
    




    “name”: “lisi”,
    “score”: 
        “English”: 30,
        “Math”: 40,
        “Computer”: 50
    

2.使用Shell命令访问MongoDB数据库

2.1 数据库操作

2.1.1  数据库：查看、使用和删除数据库

·查看当前连接的服务器：db.getMongo()

·查看数据库列表：show dbs

·切换使用某个具体的数据库：use <db> （存在-切换，不存在-创建）

执行use <db>指令后：

·查看数据库中的所有集合：show collections

·以JSON方式显示集合名称：db.getCollectionNames

·查看当前数据库中更详细的集合信息：db.getCollectionInfos()

·删除当前数据库：db.dropDatabase()

·显示当前数据库名称：db

2.1.2 集合：查看、创建和删除集合

·新建集合：db.createCollectioin(<name>)        【字符串作集合名加双引号，区分大小写】

·删除集合：db.<name>.drop()

2.1.3 文档：文档插入、文档查询、文档更新和文档删除

·文档插入：

·向文档中插入数据：db.COLLECTION_NAME.insert(document)

·插入或更新文档时，预先定义文档：

        doc1=item1:'item3',item2:'item4'

        db.COLLECTION_NAME.insert(doc1)

·插入语句可以同时插入多个语句：db.COLLECTION_NAME.insert(doc1,doc2)

·查看集合中的全部文档：db.COLLECTION_NAME.find()

 

（这里把mycol写成了myccol，笑死）

 ·文档查询：

·返回集合的全部文档：

db.mycol.find()

db.mycol.find().pretty()

 ·文档更新：

文档更新的基本语法：

db.collection.update(

        <query>,

        <update>,

       

                upsert:<boolean>,

                multi:<boolean>,

                writeConcern:<document>

       

)

·<query>为查询条件

·<upate>为更新操作符：

        $set :设置一系列值

·upsert为布尔型可选项：不存在可以更新的记录，是否插入一个新值（默认false）

·multi为布尔型可选项：如果存在多个满足查询条件的记录，是否全部更新（默认false）

·writeConcern表示抛出异常的级别：是否在出现网络或服务器故障等时刻抛出错误信息（一般使用时不做设置）

·文档删除：

·删除文档的语法：

db.collection.remove(

        <query>,

        justOne:<boolean>

)

<query>为查询条件

justOne为可选的布尔型变量，说明㱙满足查询条件的文档是全部删除还是只删除一条，默认false（删除满足条件的全部文档）

·删除当前集合中的全部文档：

db.col.remove()

2.1.4 聚合和管道

聚合操作通过aggregate语句实现（支持比较、逻辑、范围和聚合运算符，支持多种管道操作）

管道：将前一条语句的结果作为第二条语句的输入（MongoDB中可以理解为具体的聚合方法）

常见的管道操作：$group、$project、$match、$sort、$limit、$skip

常见的聚合运算符：$sum、$avg、$min/$max、$first/$last、$push

常见的比较运算符：$gt/lt、$gte/$lte、$ne

1. $group管道与分组求和

 2. $project、$match、$sort、$limit和$skip管道

（1）$project：对显示结果的字段进行调整。（find语句：projection）

（2）$match：过滤输出。（find语句：query参数）

（3）$sort：结果排序

（4）$limit、$skip：限制显示结果，以及略过返回结果的前几项

管道操作与其他聚合操作配合使用，形成更复杂的查询逻辑

 3. $unwind管道

作用：把一个集合列拆分为多个值（将一个文档拆分为多个文档显示）

4. 常见聚合运算符

（1）$sum：求和

（2）$min/$max：返回一个极值

（3）$avg：返回平均值

（4）$first/$last：将资源文档排序后，返回第一个或最后一个文档数据

（5）$push：将数值插入到一个数组中

2.1.5 索引：索引的创建、查看和删除

1. 维护索引

建立索引可以提高查询效率

示例语句：

db.mycol.createIndex("item1":1)

db.mycol.createIndex("item1":1,"item2":-1)

createIndex指令可以设置多个可选参数：

 其他常用可选参数：

unique：布尔型，表示是否建立唯一索引，默认false

dropdups：布尔型，表示是否删除重复记录，默认true

weights：整数型，取值在1~99999之间，表示和其他索引相比较的权重

查看某个集合的素有相关索引：db.mycol.getIndexes()

 删除索引：db.mycol.dropIndex("myindex")

删除一个集合的所有索引：db.mycol.dropIndexes()

 2. 全文索引

对字段建立“text”类型索引：db.mycol.createIndex("item1":"text")

针对多个字段建立索引：db.mycol.creeateIndex("item1":"text","ietm2":"text")

 （每个集合智能建立一个全文索引）

建立索引后可以进行检索：

对集合进行全文检索：db.mycol.find($text:$search:"first")

检索包含多个关键字其中之一的文档：db.mycol.find($text:$search:"first second")

检索包含“first”，但不包含“second”的记录：db.mycol.find($text:$search:"first -second")

检索包含“first item”完整词组的记录：db.mycol.find($text:$search:"\\"first item\\"")

​​​​​​​

3. 地理位置索引（略）

2.2 MongoDB数据库操作实例（用 MongoDB Shell 设计出 Student 集合）

（1）创建数据库：

Use database_liuhao

（2）创建集合：

db.createCollection(“Student”)

（3）插入数据：

db.Student.insert( name:”zhangsan”, score: English:70, Math:80, Computer:90 )

db.Student.insert( name:”lisi”, score: English:30, Math:40, Computer:50 )

2.用 find()方法输出两个学生的信息。

db.Student.find()

db.Student.find().pretty() //易读方式

3.用 find()方法查询 lisi 的所有成绩（只显示 score 列）。

db.Student.find( name:”lisi” , score:1, _id:0 )

4.修改 zhangsan 的 Math 成绩为 66。

db.Student.update(name:”zhangsan”,$set:“score.Math”:66)

3.编程实现MongoDB的访问

（1）设计一个应用于实际场景的MongoDB数据库（至少包括两类实体和一个关系），描述数据库设计（画出MongoDB数据库，每个集合至少2个文档，每个文档至少4个键值对），以及如何进行实体和关系的增删改查。例如：学生+课程成绩，顾客+商品，用户+图书，客户+美食，医生+病人，游客+景点，住户+旅馆。

（2）Java访问该MongoDB数据库：实现数据库的连接、集合和文档的创建、文档的增删改查。

4. 实现MongoDB的集群化部署

1. 复制集的部署（必选）
2. MongoDB集群的完整部署（可选）

【参考资料】

【大数据处理技术】实验4_小手の冰凉的博客-CSDN博客

25.聚合管道之$group操作_哔哩哔哩_bilibili