注意事項(xiàng)

模式設(shè)計(jì)，即在文檔中表示數(shù)據(jù)的方式，對于數(shù)據(jù)表示來說時(shí)非常關(guān)鍵的。

為 MongoDB 做模式設(shè)計(jì)時(shí)，在性能、可伸縮性和簡單性方面是重中之重，也需要考慮一些特別的注意事項(xiàng)。

限制條件

與常見的 SQL 相比而言，MongoDB 有自己的限制條件：

• 文檔最大限制為 16M 大小
• 從磁盤讀寫完整文檔
• 更新會(huì)重寫整個(gè)文檔
• 在文檔級(jí)別進(jìn)行原子更新

訪問模式

設(shè)計(jì)模式時(shí)最需要關(guān)注的就是數(shù)據(jù)庫的讀操作，在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行過程中，應(yīng)盡量減少查詢的數(shù)量，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)確保一起查詢的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)文檔中。

其實(shí)，就是考慮是否是否可以將動(dòng)態(tài)（讀/寫）數(shù)據(jù)和靜態(tài)（主要是讀）數(shù)據(jù)分離開，如未經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)應(yīng)該移到不同的集合中。

在進(jìn)行模式設(shè)計(jì)時(shí)，提高最常見查詢的優(yōu)先級(jí)會(huì)獲得最佳的性能。

關(guān)系類型

數(shù)據(jù)之間的關(guān)系影響著文檔之間應(yīng)該是內(nèi)嵌還是引用。

比如說，需要弄清楚如何在不執(zhí)行其他查詢的情況下引用文檔，以及當(dāng)關(guān)系發(fā)生變化時(shí)需要更新多少文檔。

關(guān)系基數(shù)對于文檔之間的關(guān)系非常重要，如一對一、一對多、多對多、一對百萬、多對百萬等等關(guān)系基礎(chǔ)，影響的程度差距非常大，應(yīng)選取最佳格式去做建模。

在關(guān)系基數(shù)的基礎(chǔ)上，還需關(guān)注訪問的情況、重要數(shù)據(jù)更新與讀取的比例，這些充分考慮之后，將有助于確定應(yīng)采用內(nèi)嵌文檔還是引用文檔。

范式化和反范式化

基本概念

通常來說，多文檔之間的關(guān)系可以使用反范式化（內(nèi)嵌）或范式化（引用）。

范式化是指在文檔中引用外部數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)，同一份數(shù)據(jù)只存在一個(gè)地方。

在查詢時(shí)，查詢完整的數(shù)據(jù)需要做 JOIN 的操作，需要查詢多次才可能獲取到所需內(nèi)容；但是在更改時(shí)僅需修改一處地方，不需要擔(dān)心破壞數(shù)據(jù)的完整性。

反范式化是指將外部數(shù)據(jù)復(fù)制一份存儲(chǔ)在文檔中，也就是說同一份數(shù)據(jù)存在多處地方。

在查詢時(shí)，只需查詢一次即可得到所需內(nèi)容，查詢效率比較可觀；而在更改時(shí)，需要更新多處地方，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況，不能保證完整性。

范式化選擇

決定何時(shí)采用范式化以及何時(shí)采用反范式化是比較困難的：通常，范式化的寫入速度更快，而反范式化的讀取速度更快。

通過判斷以下因素可決策選擇使用范式化還是反范式化：

模型設(shè)計(jì)小技巧

指導(dǎo)原則

通常來說，具有類似模式的文檔應(yīng)該保存在同一個(gè)集合中。

對于集合來說，需要考慮的一個(gè)大問題是鎖機(jī)制（每個(gè)文檔都有一個(gè)讀/寫鎖）和存儲(chǔ)。

當(dāng)使用 --directoryperdb 選項(xiàng)時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)庫都可以保留在自己的目錄中，這允許你將不同的數(shù)據(jù)庫掛載到不同的卷中。

同一個(gè)應(yīng)用程序連接的數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分，也許可以將高價(jià)值的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 SSD 上，或者是使用 RAID10 進(jìn)行存儲(chǔ)，而低價(jià)值的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在 RAID0 上。

刪除舊數(shù)據(jù)

有些數(shù)據(jù)只在短時(shí)間內(nèi)比較重要，過了這段時(shí)間，保存這些數(shù)據(jù)只是再浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。

刪除舊數(shù)據(jù)有 3 種常見的方式：使用固定集合、使用 TTL 索引、使用多個(gè)集合。

最簡單的方式是使用固定集合：將集合大小設(shè)置成一個(gè)較大的值，并讓舊數(shù)據(jù)從固定集合的末尾被“刪除”。

第二種方式是使用 TTL 集合：TTL 集合可以更精確地控制刪除文檔的時(shí)間，但其在寫入量過大的集合中操作速度不夠快。

最后一種方式是使用多個(gè)集合：例如每個(gè)月的文檔都單獨(dú)使用一個(gè)集合。

一致性管理

MongoDB 支持多種一致性級(jí)別，從總是能夠讀取自己所寫的數(shù)據(jù)到讀取不確定的舊數(shù)據(jù)。

其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是服務(wù)器端為每一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接都維護(hù)了請求隊(duì)列，同一個(gè)連接發(fā)來的請求都會(huì)被添加到隊(duì)列的末尾，連接中的任何后續(xù)請求都將依次得到處理。

這個(gè)管理方式涉及到多個(gè)客戶端連接會(huì)出現(xiàn)并發(fā)問題，在一個(gè)連接中插入文檔后，在另一個(gè)連接的后續(xù)查詢卻不一定會(huì)返回這個(gè)文檔（實(shí)際上已經(jīng)插入成功）。

同樣的一致性問題在 MongoDB 擁有副本集時(shí)也會(huì)出現(xiàn)，副本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)總是會(huì)有時(shí)間差，高并發(fā)的請求同樣存在讀取到舊數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。

MongoDB 提供了 readConcern 選項(xiàng)來控制被讀取數(shù)據(jù)的一致性和隔離性。它通常與 writerConcern 組合使用，以控制為應(yīng)用程序提供的一致性和可用性保證：

如果 readConcern=local，從當(dāng)前實(shí)例查詢并返回結(jié)果，不能保證數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入大多數(shù)副本集成員。默認(rèn)在主庫讀，如果本次讀取使用了 causally consistent 則在從庫讀。

如果 readConcern=available，從當(dāng)前實(shí)例查詢并返回結(jié)果，不能保證數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入大多數(shù)副本集成員。默認(rèn)在從庫讀，并且此選項(xiàng)與 causally consistent 不能同時(shí)使用。

如果 readConcern=majority，查詢結(jié)果返回被副本集的大多數(shù)成員確認(rèn)的數(shù)據(jù)，讀操作返回的文檔是持久化的。前提是 MongoDB 必須是 WiredTiger 存儲(chǔ)引擎。

如果 readConcern=linearizable，查詢可能會(huì)等待并發(fā)執(zhí)行的寫操作傳播到大多數(shù)副本集成員，然后再返回結(jié)果。

如果 readConcern=snapshot，這是適用于多文檔事務(wù)中的操作，通常情況下使用較少。

模式遷移

隨著應(yīng)用程序的增長和需求的變化，數(shù)據(jù)庫模式也可能需要隨之增長和改變。理想情況下，如果可以的話，應(yīng)該考慮使用文檔版本控制模式。

最簡單的方式是根據(jù)應(yīng)用程序的需要改進(jìn)數(shù)據(jù)庫模式，以確保應(yīng)用程序支持所有的舊版模式。但是這種方式可能會(huì)導(dǎo)致混亂，特別是當(dāng)不同版本的模式存在沖突時(shí)。

為了以一種更結(jié)構(gòu)化的方式處理不斷變化的需求，可以在每個(gè)文檔中包含一個(gè) version 字段，并使用它來確定應(yīng)用程序?qū)⒔邮艿奈臋n結(jié)構(gòu)。

最后一種方式是在模式變更時(shí)遷移所有數(shù)據(jù)。但這通常不是一個(gè)好主意：會(huì)給系統(tǒng)帶來壓力，還必須確保所有文檔都被更新成功。

模式管理

MongoDB 3.2 引入了模式驗(yàn)證，其可以在更新和插入操作期間對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

MongoDB 3.6 又通過 $jsonSchema 運(yùn)算符添加了 JSON 模式驗(yàn)證，現(xiàn)在這是 MongoDB 中所有模式驗(yàn)證的推薦方法。

只有當(dāng)文檔被更改時(shí)，驗(yàn)證功能才會(huì)檢查這些文檔，并且此功能是每個(gè)集合都需要單獨(dú)配置的。

要向現(xiàn)有集合添加驗(yàn)證功能，可以在 collMod 命令中使用 validator 選項(xiàng)。在使用 db.createCollection() 時(shí)，可以通過指定 validator 選項(xiàng)將驗(yàn)證添加到新集合中。

MongoDB 還提供了兩個(gè)額外的選項(xiàng)：

• validationLevel: 決定了在更新過程中驗(yàn)證規(guī)則對現(xiàn)有文檔檢查的嚴(yán)格程度
• validationAction: 決定了是應(yīng)該在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)拒絕請求，還是允許請求并發(fā)出警告

當(dāng)然，更詳細(xì)的相關(guān)內(nèi)容可以查看 官方文檔。

編寫代碼來處理數(shù)據(jù)完整性問題

為保證 MongoDB 數(shù)據(jù)的完整性，有可能需要在應(yīng)用程序中增加必要的邏輯代碼進(jìn)行處理，也需要增加定時(shí)任務(wù)來保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

有可能需要有以下的任務(wù)：

• 一致性修復(fù)程序：檢查計(jì)算和重復(fù)數(shù)據(jù)以確保每個(gè)人都具有一致的值
• 預(yù)填充器：創(chuàng)建將來需要的文檔
• 聚合：保持內(nèi)聯(lián)聚合為最新
• 架構(gòu)檢查器：確保當(dāng)前使用的文檔集都具有一組字段，可以自動(dòng)更正它們
• 定時(shí)備份：定期鎖定和轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫

到此這篇關(guān)于MongoDB 模式設(shè)計(jì)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MongoDB模式設(shè)計(jì)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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