NoSQL

非关系型数据库

关系型数据库（RMDB）介绍

目标: 了解什么是关系型数据库

关系型数据库，是指采用了 关系模型 来组织数据的数据库。

关系模型，指的就是 二维表格模型，而一个关系型数据库就是由 二维表及其之间的联系 所组成的一个数据组织。

关系型数据库一般都支持数据库事务，必须具备 ACID 特性。ACID分别是指：

• Atomic 原子性 (事务操作要么全做完，要么都不做)
• Consistency 一致性 (数据库要一直处于一致的状态 => 完整性约束: a + b = 10)
• Isolation 隔离性 (并发的事务之间不会互相影响)
• Durability 持久性 (一旦事务提交, 修改将永久保存)

优点

1. 容易理解：二维表结构贴近逻辑，关系模型容易理解
2. 使用方便：通用的SQL语言操作方便
3. 易于维护：数据冗余和数据不一致的概率较低

缺点

1. IO瓶颈 :

   网站并发性通常非常高(每秒上万次读写)，硬盘I/O是一个很大的瓶颈

2. 效率低下:

   网站数据量是巨大，关系型数据库，查询效率是非常低的

3. 难以横向扩展:

   没有办法像web server和 app server 那样通过添加硬件和服务节点来扩展性能和负载能力。

   当需要进行升级和扩展时，往往需要停机维护和数据迁移。

关系型数据库, 比较适合存储持久化的一些数据, 关系复杂的结构数据. 数据量特别大, 实时性要求高 =>非关系型

流行的关系型数据库

• MySQL（开源）
• PostgreSQL（开源）
• Oracle（商业）
• SQL Server（商业）
• DB2（商业）
• …

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非关系型数据库（NoSQL）介绍

了解什么是非关系型数据库

非关系型数据库，是指非关系型的、分布式的、且一般不保证遵循 ACID 原则的数据存储系统。

非关系型数据库以键值对存储，且结构不固定，每一个元组可以有不一样的字段，每个元组可以根据需要增加一些自己的键值对，不局限于固定的结构，可以减少一些时间和空间的开销。

优点

1. 格式灵活：可以是：key-value 形式、文档形式、图片形式等，灵活, 应用场景广泛

2. 用户可以根据需要去添加自己需要的字段，为了获取用户的不同信息，无需多表进行关联查询。

   仅需要根据 id 取出相应的 value 就可以完成查询

3. 适用于SNS社交网络服务中，例如 Facebook、微博等。

   系统升级、功能增加等场景，往往意味着需要对数据结构的巨大变动，关系型数据库难以应付这一点

4. 速度快：NoSQL 可以使用硬盘或者随机存储器作为载体，而关系型数据库只能使用硬盘

5. 高扩展性

6. 成本低：NoSQL 数据库部署简单，且基本都是开源免费软件

缺点

1. 不提供 SQL 支持，学习和使用成本较高
2. 无事务处理
3. 只适合存储一些较为简单结构的数据，对于需要进行较复杂查询的数据，关系型数据库显的更为合适
4. 不适合 持久 存储海量数据

流行的非关系型数据库

• MongoDB
• Redis
• Cassandra
• CouchDB
• HBase
• Neo4J
• …

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Redis & MongoDB

非关系型数据库的分类

虽然 NoSQL 数据库有很多，但是它们的功能也是有所差异的，在解决问题方面有所侧重。

因此 NoSQL 一般分为以下几类：

1. 文档型

• 采用的数据模型是 key-value 键值对形式，且 value 是结构化的数据
• 强项：它对数据结构的要求不严格，结构化数据的结构可变，非常灵活，不需要像关系型数据库一样需要预定义数据的结构
• 弱项：查询性能不高，且缺乏统一的查询语法
• 应用场景：用来存储 Web 应用中数据结构可能经常变化的数据 (新闻, 热点, 用户喜好)
• 典型数据库：MongoDB、CouchDB

2. key-value型

• 采用的数据模型是 key-value 键值对形式，且 value 可以是字符串、二进制类型、或是键值对类型（通常使用Hash Table 实现）
• 强项：查找速度非常快
• 弱项：数据无结构化，通常只能存储字符串或二进制数据
• 应用场景：通常可作为缓存来使用，用于处理大量数据的高访问负载
• 典型数据库：Redis

3. 列式数据库（了解）

• 以列簇式存储，将同一列数据存储在一起
• 强项：查找速度快，可扩展性强，且更容易进行分布式扩展
• 弱项：功能相对比较局限
• 应用场景：作为分布式文件系统
• 典型数据库：Cassandra、HBase

4. 图形数据库（了解）

• 数据模型采用“图”结构
• 强项：利用图结构相关算法，可以实现如最短路径寻径、N度关系查找等功能
• 弱项：很多时候需要对整个图做计算才能得到需要的数据；而且图结构不方便做分布式的集群方案
• 应用场景：社交网络、推荐系统，主要专注于构建关系图谱
• 典型数据库：Neo4J

Redis 介绍 (缓存)

Redis 是完全开源的，遵守 BSD 协议，是一个高性能的 key-value 数据库。

Redis 的优势：

• 性能极高 – Redis 能读的速度是110000次/s，写的速度是81000次/s
• 丰富的数据类型 – Redis 支持二进制案例的 Strings、Lists、Hashes、Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作
• 原子 – Redis 的所有操作都是原子性的，意思就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作是原子性的。多个操作也支持事务，即原子性，通过 MULTI 和 EXEC 指令包起来
• 丰富的特性 – Redis 还支持 publish/subscribe，通知，key 过期等等特性

MongoDB 介绍 (可扩展高性能, 结构可变的数据存储方案)

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。

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在 Koa 中使用 Redis (了解)

Redis 的安装和使用

安装 Redis，以及对 Redis 的基本功能的使用

安装

Redis 的安装文件下载地址：https://github.com/tporadowski/redis/releases

安装完成后，可以运行 redis-server.exe 启动 Redis 服务器。 (安装, 一直下一步即可)

数据操作

运行 redis-cli.exe，打开 Redis 的命令行客户端。

操作一：向 Redis 中存储一个字符串键值对

set key1 hello   # 存入一个键值对，键为 key，值为字符串 hello

操作二：从 Redis 中获取某个键值对值

get key1     		# 得到字符串 hello

操作三：查看 Redis 中所有的键值对 key

keys *          

操作四：向 Redis 中设置一个数字并自增

incr mynum        # mynum 为 1
incr mynum        # mynum 为 2get mynum         # 查看 mynum 结果为 2

【更多操作参考操作命令手册】

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在 Koa 中连接 和 调用 Redis

掌握从 Koa 代码中连接 Redis 服务器并操作 Redis 中的数据

使用步骤

1. 安装 Redis 驱动包

目前主流的 Node.js 的 Redis 驱动包有两个：node-redis 和 ioredis，这两个包都有性能非常高、使用方便的特点。而后者的性能更好、功能更强大。

npm i ioredis

2. 在 koa 中使用 ioredis 连接 Redis 服务器，并发送数据操作命令

const Koa = require('koa')// 1. 引入 ioredis
const Redis = require('ioredis')// 2. 创建 Redis 客户端实例，指定要连接的 Redis 服务器
const redis = new Redis({port: 6379,         // redis 服务器的默认端口host: '127.0.0.1'   // redis 服务器的 IP 地址
})const app = new Koa()app.use(async ctx => {// 通过客户端实例，向 Redis 服务器发送数据操作命令，进行相关操作//（这等价于在命令行窗口中输入命令进行操作）// 1) 设置数据await redis.set('my_key1', 'hello,world')await redis.set('my_key2', 'foo,bar')await redis.incr('my_num')// 2) 获取数据const myKey1Value = await redis.get('my_key1')console.log(myKey1Value)ctx.body = '完成'
})app.listen(3000)

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在 Koa 中使用 MongoDB

MongoDB 的安装

掌握 MongoDB 服务器软件的安装和启动

安装

MongoDB下载地址：https://www.mongodb.com/try/download/community

下载安装好以后，启动 MongoDB 服务器:

1. 新建一个数据文件目录，比如 C:\data\db
2. 执行命令进行启动 (先配环境变量 => 让系统知道有这么个目录)

mongod --dbpath=C:\data\db# mongod 为 MongoDB 的服务器程序
# 数据文件目录默认为 /data/db

验证

MongoDB 服务器启动后，访问 http://localhost:27017，如果出现这样的结果则表示已经成功：

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MongoShell 操作数据库

• mongo Shell 是 MongoDB 官方提供的一个在命令行中用来连接操作 MongoDB 服务的客户端工具
• 使用 mongo Shell 可以对 MongoDB 数据库进行数据的管理

命令演示:

• show dbs 查看数据库

• db 查看当前数据库

• use database 切换数据库

• show collections 查看集合列表

  …

插入数据演示:db.users.insert({ name: 'Jack', age: 18 })检索查看数据:db.users.find()

MongoDB 基础概念

MongoDB中的数据存储结构:

• 数据库 database
• 集合 collection (一个集合存一类数据)
• 文档 document (集合中的一项)
• 数据字段 field

MongoDB是文档型数据库, 存储的都是一些 JSON 格式数据

{// 数据库 database"test1": {// 集合 collection"users": [// 文档 document{// 数据字段 field"id": 1,"username": "小明","password": "123456"},{"id": 2,"username": "小王","password": "123456","desc": "不错"}// ...],"teachers": [{"id": 1,"name": "李老师"},{"id": 2,"name": "王老师",}]},// 数据库"test2": {}// ...
}

数据库相关

• 查看数据库列表:

show dbs

• 查看当前数据库:

db

• 创建/切换数据库: (数据库只有真正的有了数据才会被创建出来)

use 数据库名

• 删除当前数据库:

db.dropDatabase()

集合相关

• 创建集合: 只需要往集合中插入数据, 集合会自动创建

db.集合名.insert({ name: 'zs', age: 18 })

• 查看集合

show collections

• 删除集合

db.集合名称.drop()

文档相关

• MongoDB 将数据记录存储为 BSON 文档

• BSON（Binary JSON）是 JSON 文档的二进制表示形式，它比 JSON 包含更多的数据类型

• BSON 规范

• 字段名称 _id 保留用作主键；它的值在集合中必须是唯一的，不可变的，并且可以是数组以外的任何类型。

> db.users.find()
{ "_id" : ObjectId("619cc474cc1980baa07f2c24"), "name" : "Jack", "age" : 18 }

MongoDB - 增删改查

可视化操作工具:

• MongoDB Compass 官网地址 : https://www.mongodb.com/zh-cn/products/compass
• navicat 官网地址: http://www.navicat.com.cn/

创建文档 (增)

db.集合名.insertOne({ ... }) 插入一个db.集合名.insertMany([{ ... }, { ... }]) 插入多个db.集合名.insert({ ... }) 插入一个或多个

查询文档 (查)

db.集合名.find()  查询所有db.集合名.find().pretty()  查询并格式化db.集合名.find(查询条件, { 键: 0/1 })   0表示排除, 1表示包含  

相等条件

db.集合名.find({键: 值
})

AND 条件

其他查询运算符: https://docs.mongodb.com/manual/reference/operator/query-comparison/

db.集合名.find({键: 值,键: 值,键: {$lt: 值},键: /\d/
})

OR 条件

db.集合名.find({$or: [{ 键: 值 },{ 键: 值 }]
})

更新文档 (改)

// 更新第一个满足条件的项
db.集合名.updateOne(查询条件, {$set: {键: 值,键: 值}
})// 更新所有满足条件的项
db.集合名.updateMany(查询条件, {$set: {键: 值,键: 值}
})

删除文档 (删)

db.collection.deleteMany(查询条件)db.collection.deleteOne(查询条件)

在 Koa 中连接和调用 MongoDB

掌握从 Koa 代码中连接 MongoDB 服务器，并简单往 MongoDB 中插入一条数据

构建基本架子

1. 安装 mongodb 驱动包

mongodb 是官方提供的 Node.js 驱动包，可以连接 MongoDB 服务器，并通过发送命令来实现对 MongoDB 服务器的各种操作。

yarn add mongodb koa @koa/router

2. 创建 db 模块, 使用 mongodb 驱动包连接 MongoDB 服务器

// 1. 引入 mongodb 驱动包
const mongodb = require('mongodb')
const MongoClient = mongodb.MongoClient// 2. 创建 MongoDB 客户端实例
// MongoDB 服务器的连接地址，其中可包含用户名、密码、域名、端口、数据库名等信息
const mongoClient = new MongoClient('mongodb://127.0.0.1:27017')// 3. 建立连接
mongoClient.connect()// 4. 连接关联哪个数据库
const db = mongoClient.db('classroom')module.exports = db

3. 创建路由模块

const Router = require('@koa/router')const router = new Router()router.get('/', async ctx => {ctx.body = '这是首页'
})
router.get('/list', async ctx => {ctx.body = '这是列表'
})module.exports = router

4. 挂载路由

const Koa = require('koa')
const router = require('./router')
const app = new Koa()
app.use(router.routes())
app.listen(8888, () => console.log('服务器启动成功...'))

执行添加操作

const Router = require('@koa/router')
const db = require('./db')
const router = new Router()router.get('/', async ctx => {ctx.body = '这是首页'
})
router.get('/list', async ctx => {ctx.body = '这是列表'
})
router.get('/add', async ctx => {const collection = db.collection('students')const info = await collection.insertOne({ name: 'Tom', age: 18 })console.log(info)collection.find().forEach(item => {console.log(item)})ctx.body = '操作完成'
})module.exports = router

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在 Koa 中对 MongoDB 数据进行增删改查

掌握从 Koa 代码中对 MongoDB 的数据做增、删、改、查操作

新增数据

向 MongoDB 中的某个 collection 内新增一条或多条数据，可以使用以下方法：

// 新增一条
await collection.insertOne({ name: 'Tom', age: 18 })// 新增多条
await collection.insertMany([{ name: 'Jack', age: '28' },{ name: 'Marray', age: '21' },
])

默认情况下，新增后的每条数据都会自动被添加上一个：类型为 ObjectID、字段名为 _id 的唯一标识。

删除数据

要删除某个 collection 中的指定 _id 数据，可以使用：

const mongodb = require('mongodb')
const ObjectID = mongodb.ObjectIDcollection.deleteOne(// 查询条件{_id: ObjectID('....ID的值.....')}
)

修改数据

如果要对某个 collection 中的某些数据进行更新，可以使用 updateOne 或 updateMany 方法：

await collection.updateOne(// 查询条件{_id: ObjectID('60bc8eb33e941a0a20875e0d')}, // 更新表达式选项{$set: { name: '张三' }}
)

查询数据

将某些符合查询条件的数据从 collection 中查找出来，可以使用 find 方法：

const users = await collection.find(// 查询条件{// age 字段值 大于 15age: {$gt: 15}}
)

查询结果为游标类型（Cursor），不能直接用 for 循环等遍历，可以使用它的 forEach 方法遍历，或先将它转为数组：

// 用 forEach 方法遍历
users.forEach(user => {console.log(user);
})// 先转为数组后再用 for 循环遍历
const arr = await users.toArray()
for (const item of arr) {console.log(item)
}

MongoDB配置用户名和密码进行认证登录

查看目前MongoDB中的所有用户

use adminshow users

创建管理员用户

db.createUser({ user: 'root', pwd: '123456', roles: ["root"]})

重新打开cmd，在mongodb路径的bin目录下，执行

mongod --dbpath=C:\data\db  --auth  (data是安装mongodb创建的数据库文件夹)