在 MongoDB 中设计高效的数据模型：无模式、关系和性能优化

MongoDB 架构设计和高级数据模型

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71。 MongoDB 如何支持无模式数据？

MongoDB 是无模式，因为它以文档的形式存储数据，通常使用 BSON（二进制 JSON）。集合中的每个文档都可以有自己的结构，这意味着不需要预定义字段及其数据类型。

示例：

• 一个文档可以包含姓名、年龄和地址字段，而另一个文档可能包含姓名、年龄和电子邮件。

这种灵活性使 MongoDB 能够适应不断变化的数据模型，而无需修改架构。

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72。嵌入数据和引用数据有什么区别？

MongoDB 提供了两种主要方法来建模文档之间的关系：嵌入 和 引用。

• 嵌入：在单个文档中存储相关数据。

  • 何时使用：经常一起访问的数据或不足以影响文档大小限制的数据。
  • 示例：在客户文档中存储订单列表：

  {
    "_id": 1,
    "name": "John Doe",
    "orders": [
      { "orderId": 101, "total": 50 },
      { "orderId": 102, "total": 75 }
    ]
  }
  

• 引用：将相关数据存储在单独的文档中并使用引用（即ObjectId）来链接它们。

  • 何时使用：当数据量较大、更改频繁或需要在多个文档之间共享时。
  • 示例：将订单存储在单独的集合中并通过 customerId 引用客户文档：

  // Customer document
  { "_id": 1, "name": "John Doe" }
  // Order document
  { "orderId": 101, "customerId": 1, "total": 50 }
  

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73。如何处理 MongoDB 中的一对多关系？

一对多关系通常通过将“多”项嵌入“一个”文档或通过引用来建模。

• 嵌入：当“许多”项目很小并且经常一起查询时最好。

  {
    "_id": 1,
    "name": "John",
    "addresses": [
      { "street": "123 Main St", "city": "City A" },
      { "street": "456 Elm St", "city": "City B" }
    ]
  }

• 参考文献：最适合应单独保存的大型或经常更新的项目。

  // Parent document
  { "_id": 1, "name": "John" }
  // Child document
  { "addressId": 1, "street": "123 Main St", "city": "City A" }

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74。解释上限集合的概念。

上限集合 是一个固定大小的集合，当达到其大小限制时，它会自动覆盖最旧的文档。上限集合非常适合最新数据最重要的场景，例如日志或事件数据。

特征：

• 文件按照收到的顺序插入。
• 除非丢弃，否则无法调整大小或删除。
• 为插入和读取提供高性能。

示例：

创建一个大小限制为 1MB 且最多 1000 个文档的上限集合：

{
  "_id": 1,
  "name": "John Doe",
  "orders": [
    { "orderId": 101, "total": 50 },
    { "orderId": 102, "total": 75 }
  ]
}

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75。文档大小对性能有什么影响？

在 MongoDB 中，文档大小 可以直接影响性能。文档的最大大小为 16MB。接近此大小的文档可能：

• 减慢插入和更新操作。
• 如果传输大文档会导致网络问题。
• 增加索引的复杂性，因为较大的文档可能需要更多的内存来处理。

为了提高性能，保持文档紧凑并避免过度增长非常重要，特别是在高写入环境中。

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76。非规范化如何提高查询性能？

反规范化涉及跨多个文档复制数据以减少连接的需要。通过嵌入相关数据，MongoDB 可以避免执行多个查询或联接，从而加快读取速度。

示例：不要在订单中引用产品，而是将产品详细信息直接嵌入订单文档中：

// Customer document
{ "_id": 1, "name": "John Doe" }
// Order document
{ "orderId": 101, "customerId": 1, "total": 50 }

• 优点：读取速度更快，查询更简单。
• 缺点：增加了文档大小和维护数据完整性的复杂性（例如，如果产品详细信息发生变化）。

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77。 MongoDB 中的 GridFS 是什么？

GridFS 是用于在 MongoDB 中存储和检索大文件（大于 16MB）的规范。它将大文件分割成块（通常为 255KB），并将它们作为文档存储在两个集合中：fs.files 和 fs.chunks。

示例：存储大图像文件：

  {
    "_id": 1,
    "name": "John",
    "addresses": [
      { "street": "123 Main St", "city": "City A" },
      { "street": "456 Elm St", "city": "City B" }
    ]
  }

• 对于需要处理图像、视频或文档等大型数据文件的应用程序很有用。

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78。如何设计分层数据的架构？

对于层次结构数据，您可以根据层次结构的深度和复杂性使用嵌入或引用。

• 嵌入：非常适合浅层次结构（例如类别/子类别结构），其中所有相关数据都一起访问。

{
  "_id": 1,
  "name": "John Doe",
  "orders": [
    { "orderId": 101, "total": 50 },
    { "orderId": 102, "total": 75 }
  ]
}

• 引用：更适合深层层次结构或层次结构的某些部分需要独立更新时。

// Customer document
{ "_id": 1, "name": "John Doe" }
// Order document
{ "orderId": 101, "customerId": 1, "total": 50 }

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79。什么是生存时间 (TTL) 索引？

TTL 索引会在指定时间段后自动从集合中删除文档，这对于会话信息或日志等过期数据非常有用。

语法:

  {
    "_id": 1,
    "name": "John",
    "addresses": [
      { "street": "123 Main St", "city": "City A" },
      { "street": "456 Elm St", "city": "City B" }
    ]
  }

• 在此示例中，文档将在createdAt字段的时间戳后1小时（3600秒）过期。

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80。如何在 MongoDB 中建模多对多关系？

多对多关系可以通过在每个文档中嵌入引用数组或创建第三个集合来存储关系来建模。

• 使用参考：

  // Parent document
  { "_id": 1, "name": "John" }
  // Child document
  { "addressId": 1, "street": "123 Main St", "city": "City A" }

• 使用第三个集合： 第三个集合可以存储实体之间的关系。

db.createCollection("logs", { capped: true, size: 1048576, max: 1000 })

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MongoDB 提供灵活的模式设计功能，使其能够适应各种用例，包括复杂的关系和数据建模策略。正确的架构设计选择可以提高应用程序的性能和可扩展性。

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