在這篇文章中，將向您展示如何使用Python鏈接目前主流的MongoDB(V3.4.0)數(shù)據(jù)庫，主要使用PyMongo(v3.4.0)和MongoEngine(V0.10.7)。同時(shí)比較SQL和NoSQL。

英文原文:https://realpython.com/blog/python/introduction-to-mongodb-and-python

1、SQL vs NoSQL

　　如果你不是很熟悉NoSQL這個概念，MongoDB就是一個NoSQL數(shù)據(jù)庫。近幾年來它越來越受到整個行業(yè)的歡迎。NoSQL數(shù)據(jù)庫提供了一個和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫非常不同的檢索方式和存儲數(shù)據(jù)功能。

　　在NoSQL出現(xiàn)的幾十年來，SQL數(shù)據(jù)庫是開發(fā)者尋求構(gòu)建大型、可擴(kuò)展系統(tǒng)的唯一選擇之一。然而，越來越多的需求要求存儲復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力。這推動了NoSQL數(shù)據(jù)庫的誕生，它允許開發(fā)者存儲異構(gòu)和無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)?shù)綌?shù)據(jù)庫方案選擇時(shí)，大多數(shù)人都問自己最后一個問題，“SQL或NoSQL的？”。無論是SQL和NoSQL都有自己的長處和弱點(diǎn)，你應(yīng)該選擇適合您的應(yīng)用需求中最好的之一。這里是兩者之間的一些區(qū)別：

SQL

• 模型是關(guān)系型的；

• 數(shù)據(jù)被存放在表中；

• 適用于每條記錄都是相同類型并具有相同屬性的情況；

• 存儲規(guī)范需要預(yù)定義結(jié)構(gòu)；

• 添加新的屬性意味著你必須改變整體架構(gòu)；

• ACID事務(wù)支持；

NoSQL

• 模型是非關(guān)系型的;

• 可以存儲Json、鍵值對等(決定于NoSQL數(shù)據(jù)庫類型)；

• 并不是每條記錄都要有相同的結(jié)構(gòu)；

• 添加帶有新屬性的數(shù)據(jù)時(shí)，不會影響其他；

• 支持ACID事務(wù)，根據(jù)使用的NoSQL的數(shù)據(jù)庫而有所不同；

• 一致性可以改變；

• 橫向擴(kuò)展；

　　在兩種類型的數(shù)據(jù)庫之間還有許多其他的區(qū)別，但上面提到的是一些更重要的區(qū)別。根據(jù)您的具體情況，使用SQL數(shù)據(jù)庫可能是首選，而在其他情況下，NoSQL的是更明顯的選擇。當(dāng)選擇一個數(shù)據(jù)庫時(shí)，您應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮每個數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢和劣勢。

　　NoSQL的一個好處是，有許多不同類型的數(shù)據(jù)庫可供選擇，并且每個都有自己的用例：

• key-value存儲：DynamoDB

• 文檔存儲：CouchDB，MongoDB，RethinkDB

• 列存儲：Cassandra

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): Redis，SSDB

　　還有很多，但這些是一些更常見的類型。近年來，SQL和NoSQL數(shù)據(jù)庫甚至已經(jīng)開始合并。例如，PostgreSQL現(xiàn)在支持存儲和查詢JSON數(shù)據(jù)，很像MongoDB。有了這個，你可以用Postgres實(shí)現(xiàn)MongoDB一樣的功能，但你仍然沒有MongoDB的其他優(yōu)勢（如橫向擴(kuò)容和簡單的界面，等等）。

2、MongoDB

　　現(xiàn)在，讓我們將視線轉(zhuǎn)移到本文的重點(diǎn)，并闡明的MongoDB的具體的一些情況。

　　MongoDB是一個面向文檔的，開源數(shù)據(jù)庫程序，它平臺無關(guān)。MongoDB像其他一些NoSQL數(shù)據(jù)庫（但不是全部！）使用JSON結(jié)構(gòu)的文檔存儲數(shù)據(jù)。這是使得數(shù)據(jù)非常靈活，不需要的Schema。

　　一些比較重要的特點(diǎn)是：

• 支持多種標(biāo)準(zhǔn)查詢類型，比如matching()、comparison (, )或者正則表達(dá)式；

• 可以存儲幾乎任何類型的數(shù)據(jù)，無論是結(jié)構(gòu)化，部分結(jié)構(gòu)化，甚至是多態(tài)；

• 要擴(kuò)展和處理更多查詢，只需添加更多的機(jī)器；

• 它是高度靈活和敏捷，讓您能夠快速開發(fā)應(yīng)用程序；

• 作為基于文檔的數(shù)據(jù)庫意味著您可以在單個文檔中存儲有關(guān)您的模型的所有信息；

• 您可以隨時(shí)更改數(shù)據(jù)庫的Schema;

• 許多關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的功能也可以在MongoDB使用（如索引）。

　　在運(yùn)行方面，MongoDB中有相當(dāng)多的功能在其他數(shù)據(jù)庫中是沒有的:

• 無論您需要獨(dú)立服務(wù)器還是完整的獨(dú)立服務(wù)器集群，MongoDB都可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展;

• MongoDB還通過在各個分片上自動移動數(shù)據(jù)來提供負(fù)載均衡支持；

• 它具有自動故障轉(zhuǎn)移支持，如果主服務(wù)器Down掉，新的主服務(wù)器將自動啟動并運(yùn)行；

• MongoDB的管理服務(wù)（MMS）可以用于監(jiān)控和備份MongoDB的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)；

• 不像關(guān)系數(shù)據(jù)庫，由于內(nèi)存映射文件，你將節(jié)省相當(dāng)多的RAM。

　　雖然起初MongoDB似乎是解決我們許多問題的數(shù)據(jù)庫，但它不是沒有缺點(diǎn)的。MongoDB的一個常見缺點(diǎn)是缺少對ACID事務(wù)的支持，MongoDB在特定場景下支持ACID事務(wù)，但不是在所有情況。在單文檔級別，支持ACID事務(wù)（這是大多數(shù)事務(wù)發(fā)生的地方）。但是，由于MongoDB的分布式性質(zhì)，不支持處理多個文檔的事務(wù)。

　　MongoDB還缺少對自然join查詢支持。在MongoDB看來：文檔意在包羅萬象，這意味著，一般來說，它們不需要參考其他文檔。在現(xiàn)實(shí)世界中，這并不總是有效的，因?yàn)槲覀兪褂玫臄?shù)據(jù)是關(guān)系性的。因此，許多人認(rèn)為MongoDB應(yīng)該被用作一個SQL數(shù)據(jù)庫的補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫，但是當(dāng)你使用MongoDB是，你會發(fā)現(xiàn)這是錯誤的。

3、PyMongo

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)描述了MongoDB的是什么，讓我們來看看如何在Python中實(shí)際使用它。由MongoDB開發(fā)者發(fā)布的官方驅(qū)動程序PyMongo，這里通過一些例子介紹，但你也應(yīng)該查看完整的文檔，因?yàn)槲覀儫o法面面俱到。

　　當(dāng)然第一件事就是安裝，最簡單的方式就是pip：

pip install pymongo==3.4.0

注:有關(guān)更全面的指南，請查看文檔的安裝/升級頁面，并按照其中的步驟進(jìn)行設(shè)置

　　完成設(shè)置后，啟動的Python控制臺并運(yùn)行以下命令：

>>> import pymongo

　　如果沒有提出任何異常就說明安裝成功了

建立連接

　　使用MongoClient對象建立連接：

from pymongo import MongoClient
client = MongoClient()

　　使用上面的代碼片段，將建立連接到默認(rèn)主機(jī)（localhost）和端口（27017）。您還可以指定主機(jī)和/或使用端口：

client = MongoClient('localhost', 27017)

　　或者使用MongoURl格式：

client = MongoClient('mongodb://localhost:27017')

訪問數(shù)據(jù)庫

　　一旦你有一個連接的MongoClient實(shí)例，你可以在Mongo服務(wù)器中訪問任何數(shù)據(jù)庫。如果要訪問一個數(shù)據(jù)庫，你可以當(dāng)作屬性一樣訪問：

db = client.pymongo_test

　　或者你也可以使用字典形式的訪問：

db = client['pymongo_test']

　　如果您的指定數(shù)據(jù)庫已創(chuàng)建，實(shí)際上并不重要。通過指定此數(shù)據(jù)庫名稱并將數(shù)據(jù)保存到其中，您將自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。

插入文檔

　　在數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)據(jù)，就如同調(diào)用只是兩行代碼一樣容易。第一行指定你將使用哪個集合。在MongoDB中術(shù)語中，一個集合是在數(shù)據(jù)庫中存儲在一起的一組文檔(相當(dāng)于SQL的表)。集合和文檔類似于SQL表和行。第二行是使用集合插入數(shù)據(jù)insert_one()的方法：

posts = db.posts
post_data = {
  'title': 'Python and MongoDB',
  'content': 'PyMongo is fun, you guys',
  'author': 'Scott'
}
result = posts.insert_one(post_data)
print('One post: {0}'.format(result.inserted_id))

　　我們甚至可以使用insert_one()同時(shí)插入很多文檔，如果你有很多的文檔添加到數(shù)據(jù)庫中，可以使用方法insert_many()。此方法接受一個list參數(shù)：

post_1 = {
  'title': 'Python and MongoDB',
  'content': 'PyMongo is fun, you guys',
  'author': 'Scott'
}
post_2 = {
  'title': 'Virtual Environments',
  'content': 'Use virtual environments, you guys',
  'author': 'Scott'
}
post_3 = {
  'title': 'Learning Python',
  'content': 'Learn Python, it is easy',
  'author': 'Bill'
}
new_result = posts.insert_many([post_1, post_2, post_3])
print('Multiple posts: {0}'.format(new_result.inserted_ids))

　　你應(yīng)該看到類似輸出：

One post: 584d947dea542a13e9ec7ae6
Multiple posts: [
  ObjectId('584d947dea542a13e9ec7ae7'),
  ObjectId('584d947dea542a13e9ec7ae8'),
  ObjectId('584d947dea542a13e9ec7ae9')
]

注意: 不要擔(dān)心，你和上面顯示不一樣。它們是在插入數(shù)據(jù)時(shí)，由Unix的紀(jì)元，機(jī)器標(biāo)識符和其他唯一數(shù)據(jù)組成的動態(tài)標(biāo)識。

檢索文檔

　　檢索文檔可以使用find_one()方法，比如要找到author為Bill的記錄:

bills_post = posts.find_one({'author': 'Bill'})
print(bills_post)

運(yùn)行結(jié)果:
{
  'author': 'Bill',
  'title': 'Learning Python',
  'content': 'Learn Python, it is easy',
  '_id': ObjectId('584c4afdea542a766d254241')
}

　　您可能已經(jīng)注意到，這篇文章的ObjectId是設(shè)置的_id，這是以后可以使用唯一標(biāo)識。如果需要查詢多條記錄可以使用find()方法：

scotts_posts = posts.find({'author': 'Scott'})
print(scotts_posts)

結(jié)果:
<pymongo.cursor.Cursor object at 0x109852f98>

　　他的主要區(qū)別在于文檔數(shù)據(jù)不是作為數(shù)組直接返回給我們。相反，我們得到一個游標(biāo)對象的實(shí)例。這Cursor是一個包含相當(dāng)多的輔助方法，以幫助您處理數(shù)據(jù)的迭代對象。要獲得每個文檔，只需遍歷結(jié)果：

for post in scotts_posts:
  print(post)

4、MongoEngine

　　雖然PyMongo是非常容易使用，總體上是一個偉大的輪子，但是許多項(xiàng)目使用它都可能太低水平。簡而言之，你必須編寫很多自己的代碼來持續(xù)地保存，檢索和刪除對象。PyMongo之上提供了一個更高的抽象一個庫是MongoEngine。MongoEngine是一個對象文檔映射器（ODM），它大致相當(dāng)于一個基于SQL的對象關(guān)系映射器（ORM）。MongoEngine提供的抽象是基于類的，所以你創(chuàng)建的所有模型都是類。雖然有相當(dāng)多的Python的庫可以幫助您使用MongoDB，MongoEngine是一個更好的，因?yàn)樗幸粋€很好的組合的功能，靈活性和社區(qū)支持。

　　使用pip安裝:

pip install mongoengine==0.10.7

　　連接:

from mongoengine import *
connect('mongoengine_test', host='localhost', port=27017)

　　
　　和pymongo不同。MongoEngine需要制定數(shù)據(jù)庫名稱。

定義文檔

　　建立文檔之前，需要定義文檔中要存放數(shù)據(jù)的字段。與許多其他ORM類似，我們將通過繼承Document類，并提供我們想要的數(shù)據(jù)類型來做到這一點(diǎn)：

import datetime

class Post(Document):
  title = StringField(required=True, max_length=200)
  content = StringField(required=True)
  author = StringField(required=True, max_length=50)
  published = DateTimeField(default=datetime.datetime.now)

　　在這個簡單的模型中，我們已經(jīng)告訴MongoEngine，我們的Post實(shí)例有title、content、author、published?，F(xiàn)在Document對象可以使用該信息來驗(yàn)證我們提供它的數(shù)據(jù)。

　　因此，如果我們試圖保存Post的中沒有title那么它會拋出一個Exception，讓我們知道。我們甚至可以進(jìn)一步利用這個并添加更多的限制：

• required：設(shè)置必須；

• default：如果沒有其他值給出使用指定的默認(rèn)值

• unique：確保集合中沒有其他document有此字段的值相同

• choices：確保該字段的值等于數(shù)組中的給定值之一

保存文檔

　　將文檔保存到數(shù)據(jù)庫中，我們將使用save()的方法。如果文檔中的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)存在，則所有的更改將在原子水平上對現(xiàn)有的文檔進(jìn)行。如果它不存在，但是，那么它會被創(chuàng)建。

　　這里是創(chuàng)建和保存一個文檔的例子：

post_1 = Post(
  title='Sample Post',
  content='Some engaging content',
  author='Scott'
)
post_1.save()    # This will perform an insert
print(post_1.title)
post_1.title = 'A Better Post Title'
post_1.save()    # This will perform an atomic edit on "title"
print(post_1.title)

　　調(diào)用save()的時(shí)候需要注意幾點(diǎn):

• PyMongo將在您調(diào)用.save（）時(shí)執(zhí)行驗(yàn)證，這意味著它將根據(jù)您在類中聲明的模式檢查要保存的數(shù)據(jù)，如果違反模式（或約束），則拋出異常并且不保存數(shù)據(jù)；

• 由于Mongo不支持真正的事務(wù)，因此沒有辦法像在SQL數(shù)據(jù)庫中那樣“回滾”.save（）調(diào)用。

　　當(dāng)你保存的數(shù)據(jù)沒有title時(shí):

post_2 = Post(content='Content goes here', author='Michael')
post_2.save()

raise ValidationError(message, errors=errors)
mongoengine.errors.ValidationError:
ValidationError (Post:None) (Field is required: ['title'])

向?qū)ο蟮奶匦?/h4>

　　使用MongoEngine是面向?qū)ο蟮模阋部梢蕴砑臃椒ǖ侥愕淖宇愇臋n。例如下面的示例，其中函數(shù)用于修改默認(rèn)查詢集（返回集合的所有對象）。通過使用它，我們可以對類應(yīng)用默認(rèn)過濾器，并只獲取所需的對象

class Post(Document):
  title = StringField()
  published = BooleanField()

  @queryset_manager
  def live_posts(clazz, queryset):
    return queryset.filter(published=True)

關(guān)聯(lián)其他文檔

　　您還可以使用ReferenceField對象來創(chuàng)建從一個文檔到另一個文檔的引用。MongoEngine在訪問時(shí)自動惰性處理引用。

class Author(Document):
  name = StringField()

class Post(Document):
  author = ReferenceField(Author)

Post.objects.first().author.name

　　在上面的代碼中，使用文檔”外鍵”，我們可以很容易地找到第一篇文章的作者。其實(shí)還有比這里介紹的更多的字段類（和參數(shù)），所以一定要查看文檔字段更多信息。
　　
從所有這些示例中，您應(yīng)該能夠看到，MongoEngine非常適合管理幾乎任何類型的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)庫對象。這些功能使得創(chuàng)建一個高效可擴(kuò)展程序變得非常容易。如果你正在尋找更多關(guān)于MongoEngine的幫助，請務(wù)必查閱他們的用戶指南。

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