MongoDB 數據庫創建與文檔操作核心指南

– 9 分鐘閱讀

MongoDB 作為主流的 NoSQL 文件導向資料庫，其靈活的資料模型與擴展性深受開發者青睞。本文將從最基礎的環境設定開始，逐步引導讀者掌握其核心操作。內容將聚焦於資料庫與集合的創建邏輯，特別是有上限集合的應用場景，並延伸至文檔的 CRUD（創建、讀取、更新、刪除）操作基礎，為後續更複雜的數據管理與應用開發奠定穩固的基石。

MongoDB 數據庫與集合管理：創建、類型與文檔基礎

本節將引導您學習如何在 MongoDB 中創建數據庫、不同類型的集合，以及如何開始創建和插入文檔。

創建數據庫與集合

MongoDB 的數據庫和集合創建方式相對靈活。

  1. 創建數據庫： 在 MongoDB 中，數據庫的創建是惰性的。當您第一次使用 use <database_name> 命令切換到一個不存在的數據庫時，該數據庫並不會立即被創建。只有當您在這個數據庫中執行了寫入操作（例如創建集合或插入文檔）後，數據庫才會真正被創建。

    • 切換到目標數據庫：

      use mongodb

      執行此命令後，Shell 的提示符會切換到 mongodb 數據庫。

    • 查看數據庫列表： 在創建集合之前，執行 show dbs 命令，您會發現 mongodb 數據庫並未列出。

      show dbs

    • 創建集合： 使用 db.createCollection("<collection_name>") 方法來創建一個集合。

      db.createCollection("catalog")

      一旦集合被成功創建，mongodb 數據庫就正式存在了。

    • 再次查看數據庫列表： 此時再次執行 show dbs，您將會看到 mongodb 數據庫出現在列表中。

  2. 列出集合： 在選定了數據庫後，可以使用 show collections 命令來查看該數據庫中所有的集合。

    show collections

    除了我們剛剛創建的 catalog 集合外，還會列出系統集合 system.indexes。

創建不同類型的集合

MongoDB 支持多種集合類型，其中「有上限集合」（Capped Collection）是一種特殊的集合，用於存儲固定大小的數據，並自動管理插入順序。

  1. 創建普通集合（已在上一節完成）： db.createCollection("catalog") 創建了一個標準的、無上限的集合。

  2. 創建有上限集合（Capped Collection）： 有上限集合具有固定的大小限制，並且會按照文檔插入的順序進行存儲。當集合達到其大小上限時，最舊的文檔會被自動替換為新的文檔。這對於日誌記錄或緩存等場景非常有用。

    • 使用 db.createCollection() 創建：

      db.createCollection("catalog_capped", {
    capped: true,          // 指定為有上限集合
    autoIndexId: true,     // 自動為 _id 字段創建索引
    size: 64 * 1024,       // 集合的最大大小，這裡設置為 64KB
    max: 1000              // 集合中最多存儲的文檔數量
})

      此命令創建了一個名為 catalog_capped 的有上限集合，最大容量為 64KB 或 1000 個文檔，以先到者為準。

    • 使用 db.runCommand() 創建： 另一種創建集合的方式是通過 db.runCommand() 方法，這提供了更多底層控制。

      db.runCommand( {
    create: "catalog_capped_2", // 新集合的名稱
    capped: true,               // 指定為有上限集合
    size: 64 * 1024,            // 最大大小 64KB
    max: 1000                   // 最大文檔數 1000
} )

      這個命令創建了另一個有上限集合 catalog_capped_2，具有相同的配置。

創建與插入文檔

文檔是 MongoDB 中數據的基本單元，其結構類似於 JSON 對象。

  1. 檢查集合中的文檔數量： 在向集合添加文檔之前，可以先檢查集合是否為空。使用 db.<collection>.count() 方法。

    db.catalog.count()

    初始狀態下，catalog 集合是空的，所以會返回 0。

  2. 定義文檔結構： 文檔由鍵值對組成。鍵是字符串，值可以是字符串、數字、布爾值、數組、嵌套文檔等。

  3. 插入第一個文檔： 我們將創建一個包含 catalogId, journal, publisher, edition, title 和 author 字段的文檔，並將其插入到 catalog 集合中。

    doc1 = {
    "catalogId" : "catalog1",
    "journal" : 'Oracle Magazine',
    "publisher" : 'Oracle Publishing',
    "edition" : 'November December 2013',
    "title" : 'Engineering as a' // 標題截斷，原文如此
}

    （請注意，原文中的 title 字段似乎被截斷了，這是一個潛在的輸入錯誤，在實際操作中應填寫完整標題。）

    要將此文檔插入到 catalog 集合，我們將在後續步驟中使用 insertOne() 或 insertMany() 方法。

@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

object "使用者" as User
object "Mongo Shell (CLI)" as MongoShell
object "MongoDB Server" as MongoServer
object "Database (mongodb)" as MongoDB
object "Collection (catalog)" as CatalogCollection
object "Collection (catalog_capped)" as CappedCollection1
object "Collection (catalog_capped_2)" as CappedCollection2

partition "數據庫與集合創建" {
  User --> MongoShell : 執行 use mongodb
  MongoShell --> MongoDB : 切換至 mongodb 數據庫 (惰性創建)
  User --> MongoShell : 執行 show dbs
  MongoShell --> MongoServer : 請求數據庫列表
  MongoServer --> User : 不顯示 mongodb (未創建)
  User --> MongoShell : 執行 db.createCollection("catalog")
  MongoShell --> CatalogCollection : 創建 catalog 集合
  CatalogCollection --> MongoDB : 觸發 mongodb 數據庫創建
  User --> MongoShell : 執行 show dbs
  MongoShell --> MongoServer : 請求數據庫列表
  MongoServer --> User : 顯示 mongodb 數據庫
  User --> MongoShell : 執行 show collections
  MongoShell --> CatalogCollection : 請求 catalog 集合列表
  MongoServer --> User : 列出 catalog, system.indexes
  User --> MongoShell : 執行 db.createCollection("catalog_capped", {capped: true, ...})
  MongoShell --> CappedCollection1 : 創建 catalog_capped 有上限集合
  User --> MongoShell : 執行 db.runCommand({ create: "catalog_capped_2", capped: true, ... })
  MongoShell --> CappedCollection2 : 創建 catalog_capped_2 有上限集合
}

partition "文檔創建準備" {
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.count()
  MongoShell --> CatalogCollection : 請求文檔計數
  MongoServer --> User : 返回 0 (集合為空)
  User --> MongoShell : 定義文檔結構 doc1
  note right of User : doc1 = { catalogId: "catalog1", journal: 'Oracle Magazine', ... }
}

@enduml

看圖說話：

此圖示詳細闡述了 MongoDB 中數據庫和集合的創建過程，以及為文檔插入做準備的步驟。首先，使用者通過 use mongodb 命令嘗試切換到 mongodb 數據庫，此時數據庫尚未真正創建。隨後，執行 db.createCollection("catalog") 命令創建了 catalog 集合，這一操作觸發了 mongodb 數據庫的實際創建。當使用者再次執行 show dbs 時，mongodb 數據庫便會被列出。接著，show collections 命令用於列出 mongodb 數據庫中的集合，除了 catalog，還會顯示系統集合 system.indexes。圖示進一步展示了如何創建兩種有上限集合：catalog_capped 通過 db.createCollection() 方法創建，而 catalog_capped_2 則通過 db.runCommand() 方法創建，兩者都配置了固定大小和最大文檔數的限制。最後，在準備插入文檔的階段，使用者通過 db.catalog.count() 命令確認 catalog 集合是空的（文檔數為 0），並定義了一個名為 doc1 的 JSON 文檔結構，為後續的文檔插入操作做好了準備。

MongoDB 文檔操作：插入、查詢與唯一性

本節將深入探討如何在 MongoDB 中插入和查詢文檔，並理解文檔的唯一性約束。

插入文檔

在 MongoDB 中，文檔的插入是通過 insertOne() 或 insertMany() 方法來完成的。

  1. 插入單個文檔： 使用 db.<collection>.insert() 方法（或更現代的 db.<collection>.insertOne()）來向集合中添加一個文檔。

    • 定義文檔： 我們之前定義了 doc1，包含 catalogId, journal, publisher, edition, title, 和 author 字段。

      doc1 = {
    "catalogId" : "catalog1",
    "journal" : 'Oracle Magazine',
    "publisher" : 'Oracle Publishing',
    "edition" : 'November December 2013',
    "title" : 'Engineering as a Service', // 修正了原文截斷的部分
    "author" : 'David A. Kelly'
}

    • 執行插入操作：

      db.catalog.insert(doc1)

      執行此命令後，MongoDB 會返回一個 WriteResult 對象，其中 nInserted: 1 表示成功插入了一個文檔。

    • 驗證插入： 可以再次運行 db.catalog.count() 來確認集合中的文檔數量，現在應該是 1。

查詢文檔

MongoDB 提供了強大的查詢能力，find() 方法是查詢文檔的核心。

  1. 查詢所有文檔： 要檢索集合中的所有文檔，可以使用 db.<collection>.find() 方法，不帶任何參數或傳入一個空對象 {}。

    db.catalog.find()

    此命令會返回 catalog 集合中的所有文檔。如果集合中只有一個文檔（即我們剛才插入的 doc1），那麼它將被顯示為一個 JSON 對象。

    • _id 字段： 請注意，即使在插入文檔時沒有顯式指定 _id 字段，MongoDB也會自動為每個文檔生成一個唯一的 _id 字段。這個 _id 字段是 MongoDB 的主鍵，類型通常是 ObjectId。

  2. 查詢帶有條件的文檔： find() 方法可以接受一個「查詢文檔」（query document）作為第一個參數，用於指定篩選條件。這個查詢文檔使用 MongoDB 的查詢操作符來定義條件。 例如，要查找 author 為 'David A. Kelly' 的文檔：

    db.catalog.find({"author" : 'David A. Kelly'})

  3. 指定返回的字段（投影）： find() 方法的第二個參數是「投影文檔」（projection document），用於指定返回哪些字段。這有助於減少網絡傳輸量和提高查詢效率。

    • 包含特定字段： 例如，只返回 title 和 author 字段： 
      db.catalog.find({}, { title: 1, author: 1, _id: 0 }) // _id: 0 表示不返回 _id 字段
    • 排除特定字段： 例如，返回所有字段，但排除 publisher 字段： 
      db.catalog.find({}, { publisher: 0 })

添加另一個文檔與唯一性約束

在 MongoDB 中，每個文檔都必須有一個唯一的 _id 字段。如果插入文檔時未提供 _id，MongoDB 會自動生成。如果提供了 _id，則必須確保其值在集合中是唯一的。

  1. 創建第二個文檔： 這次，我們將顯式地包含 _id 字段。請注意，_id 的值必須是 ObjectId 類型，而不是簡單的字符串。

    doc2 = {
    "_id": ObjectId("507f191e810c19729de860ea"), // 顯式指定 ObjectId
    "catalogId" : "catalog1",
    "journal" : 'Oracle Magazine',
    "publisher" : 'Oracle Publishing',
    "edition" : 'November December 2013',
    "title" : 'Engineering as a Service',
    "author" : 'David A. Kelly'
}

  2. 插入第二個文檔：

    db.catalog.insert(doc2)

    如果 ObjectId("507f191e810c19729de860ea") 在 catalog 集合中是唯一的，則插入會成功。

  3. 查詢所有文檔： 再次執行 db.catalog.find()，您將看到兩個文檔。它們除了 _id 字段外，其他內容完全相同。

    • _id 的唯一性： 如果嘗試插入一個具有相同 _id 值的文檔，MongoDB 將會拋出一個「E11000 duplicate key error collection」的錯誤，因為 _id 字段具有唯一性約束。
@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_

skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100

object "使用者" as User
object "Mongo Shell (CLI)" as MongoShell
object "MongoDB Server" as MongoServer
object "Database (mongodb)" as MongoDB
object "Collection (catalog)" as CatalogCollection

partition "文檔插入與查詢" {
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.insert(doc1)
  MongoShell --> CatalogCollection : 插入文檔 doc1
  CatalogCollection --> MongoDB : 存儲文檔，自動生成 _id
  MongoServer --> User : 返回 WriteResult (nInserted: 1)
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.count()
  MongoShell --> CatalogCollection : 請求文檔計數
  MongoServer --> User : 返回 1
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.find()
  MongoShell --> CatalogCollection : 查詢所有文檔
  MongoServer --> User : 返回 doc1 (含自動生成的 _id)
  User --> MongoShell : 定義 doc2 (含顯式 ObjectId)
  note right of User : doc2 = { _id: ObjectId(...), catalogId: ..., ... }
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.insert(doc2)
  MongoShell --> CatalogCollection : 插入文檔 doc2
  CatalogCollection --> MongoDB : 存儲文檔 doc2 (若 _id 唯一)
  MongoServer --> User : 返回 WriteResult (nInserted: 1)
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.find()
  MongoShell --> CatalogCollection : 再次查詢所有文檔
  MongoServer --> User : 返回 doc1 和 doc2 (兩個文檔，_id 不同)
}

partition "查詢與投影" {
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.find({author: 'David A. Kelly'})
  MongoShell --> CatalogCollection : 帶條件查詢
  MongoServer --> User : 返回匹配的文檔
  User --> MongoShell : 執行 db.catalog.find({}, {title: 1, author: 1, _id: 0})
  MongoShell --> CatalogCollection : 帶投影查詢 (僅 title, author)
  MongoServer --> User : 返回指定字段的文檔
}

@enduml

看圖說話：

此圖示詳細展示了 MongoDB 中文檔的插入、查詢以及 _id 字段的唯一性約束。首先，使用者通過 db.catalog.insert(doc1) 命令向 catalog 集合插入了第一個文檔 doc1。MongoDB 自動為其生成了一個唯一的 _id 字段，並返回了插入成功的結果。隨後，db.catalog.count() 確認集合中已有一個文檔，而 db.catalog.find() 則顯示了這個包含自動生成 _id 的文檔。接著，使用者定義了第二個文檔 doc2，這次顯式地提供了一個 ObjectId 類型的 _id。執行 db.catalog.insert(doc2) 後，如果該 _id 是唯一的，文檔便會被成功插入。再次執行 db.catalog.find() 可以看到兩個文檔，它們除了 _id 不同外，其他內容相同，這體現了 MongoDB 允許文檔結構類似但 _id 必須唯一的特性。圖示還簡要展示了如何使用查詢條件和投影來精確地檢索所需數據，例如僅查詢特定作者的文檔，或僅返回標題和作者字段。

好的，這是一篇針對您提供的 MongoDB 基礎教學文章，以「玄貓風格高階管理者」視角撰寫的結論。

文章結論

視角： 績效與成就視角

縱觀現代管理者的多元挑戰，深刻理解基礎工具的設計哲學，是提升決策品質與執行效率的關鍵槓桿。MongoDB 的惰性創建與多元集合類型，不僅是技術選項，更映射了資源配置的策略思維。相較於傳統僵化結構，其彈性賦予團隊快速迭代的優勢，但也對數據治理構成隱性考驗。真正的瓶頸並非學習指令，而是在享受靈活性的同時，如何透過如 _id 唯一性等內建約束，建立起高效的數據紀律與一致性標準，這考驗著領導者在自由與秩序間取得平衡的智慧。

展望未來，技術工具的選用邏輯將深度融入業務策略。管理者對其運作原理的掌握程度，會直接影響組織的敏捷性與創新潛力。這種從「指令操作」到「哲學理解」的思維升級，將成為區分卓越管理者與普通執行者的核心指標。

玄貓認為，對於追求高效能與持續成長的經理人，應優先投入心力理解這些基礎架構的設計理念，而非僅僅記憶語法。唯有如此，才能從根本上釋放團隊的數位生產力，將技術潛力穩固地轉化為可衡量的商業價值。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。