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MongoDB中自動增長ID詳解(實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用及優(yōu)化)

 更新時間：2024年06月30日 15:04:40   作者：技術(shù)蜜糖罐  
在MongoDB中,自動增長的功能主要通過使用數(shù)據(jù)庫的ObjectId或自定義的序列來實(shí)現(xiàn),ObjectId是MongoDB默認(rèn)的主鍵類型,它是唯一的并且具有一定的排序特性,本文給大家介紹了MongoDB中自動增長ID,需要的朋友可以參考下

引言

在MongoDB中，自動增長的功能主要通過使用數(shù)據(jù)庫的ObjectId或自定義的序列來實(shí)現(xiàn)。ObjectId是MongoDB默認(rèn)的主鍵類型，它是唯一的并且具有一定的排序特性。然而，在某些場景下，可能需要使用自定義的自動增長ID，例如在某些遺留系統(tǒng)中或者為了更好的用戶體驗(yàn)。

基本語法和命令

使用ObjectId

ObjectId是MongoDB默認(rèn)的主鍵類型，它由12字節(jié)組成，包括時間戳、機(jī)器標(biāo)識符、進(jìn)程ID和計(jì)數(shù)器。每次插入新文檔時，MongoDB會自動生成一個新的ObjectId。

插入新文檔時，_id字段會自動生成：

db.collection.insertOne({name: "example"})

自定義自動增長ID

如果需要自定義自動增長ID，可以使用以下方法：

創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合：
創(chuàng)建一個專門的集合來存儲序列計(jì)數(shù)器。

db.createCollection("counters")
db.counters.insertOne({_id: "productid", seq: 0})

定義獲取下一個序列值的函數(shù)：
使用findAndModify原子操作來獲取并增加序列值。

function getNextSequence(name) {
    var ret = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: name },
        update: { $inc: { seq: 1 } },
        new: true
    });
    return ret.seq;
}

插入新文檔并使用自定義ID：
在插入新文檔時，調(diào)用該函數(shù)以生成新的ID。

db.products.insertOne({
    _id: getNextSequence("productid"),
    name: "example"
})

示例

以下是完整的示例代碼：

  • 創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合并插入初始值：
db.counters.insertOne({_id: "userid", seq: 0})
  • 定義獲取下一個序列值的函數(shù)：
function getNextSequence(name) {
    var ret = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: name },
        update: { $inc: { seq: 1 } },
        new: true
    });
    return ret.seq;
}
  • 插入新文檔并使用自定義ID：
db.users.insertOne({
    _id: getNextSequence("userid"),
    name: "John Doe"
})

應(yīng)用場景

1. 遺留系統(tǒng)遷移

詳解：
在許多企業(yè)中，遺留系統(tǒng)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如MySQL、PostgreSQL等），并依賴于自增ID作為主鍵。如果計(jì)劃將這些系統(tǒng)遷移到MongoDB中，直接使用MongoDB的ObjectId可能會導(dǎo)致兼容性問題或破壞現(xiàn)有業(yè)務(wù)邏輯。因此，自定義自動增長ID可以簡化遷移過程，保留原有系統(tǒng)的ID生成機(jī)制。

示例場景：
假設(shè)一家電子商務(wù)公司決定將其產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫從MySQL遷移到MongoDB。原系統(tǒng)中的產(chǎn)品ID是自增的整數(shù)。

// MySQL中的產(chǎn)品表
CREATE TABLE products (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    price DECIMAL(10, 2)
);

// 原有數(shù)據(jù)
INSERT INTO products (name, price) VALUES ('Laptop', 999.99), ('Smartphone', 699.99);

在遷移到MongoDB時，需要保留這些自增的ID。

// 在MongoDB中創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合
db.counters.insertOne({_id: "productid", seq: 2}) // 假設(shè)MySQL中已有兩個產(chǎn)品

// 定義獲取下一個序列值的函數(shù)
function getNextSequence(name) {
    var ret = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: name },
        update: { $inc: { seq: 1 } },
        new: true
    });
    return ret.seq;
}

// 插入新產(chǎn)品時使用自定義ID
db.products.insertOne({
    _id: getNextSequence("productid"),
    name: "Tablet",
    price: 499.99
});

2. 用戶友好ID

詳解：
對于前端用戶，使用連續(xù)的、自增的數(shù)字ID比使用ObjectId更友好、更容易記憶。特別是在需要用戶手動輸入或引用ID的場景中，自增ID會更簡潔、易讀。

示例場景：
一個博客平臺希望用戶能夠通過短鏈接直接訪問文章。使用自增ID可以生成短鏈接，提升用戶體驗(yàn)。

// 創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合
db.counters.insertOne({_id: "postid", seq: 0})

// 定義獲取下一個序列值的函數(shù)
function getNextSequence(name) {
    var ret = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: name },
        update: { $inc: { seq: 1 } },
        new: true
    });
    return ret.seq;
}

// 插入新文章時使用自定義ID
db.posts.insertOne({
    _id: getNextSequence("postid"),
    title: "How to Use MongoDB",
    content: "MongoDB is a NoSQL database..."
});

// 生成的短鏈接
var postId = getNextSequence("postid");
var shortLink = `http://blogplatform.com/post/${postId}`; // http://blogplatform.com/post/1

3. 特定業(yè)務(wù)需求

詳解：
某些業(yè)務(wù)邏輯需要使用連續(xù)的、自增的數(shù)字ID。例如，訂單管理系統(tǒng)可能需要連續(xù)的訂單號，以便于財務(wù)對賬和客戶查詢。

示例場景：
一家在線零售商需要為每個訂單生成連續(xù)的訂單號，以便于物流跟蹤和客戶服務(wù)。

// 創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合
db.counters.insertOne({_id: "orderid", seq: 1000}) // 假設(shè)訂單號從1001開始

// 定義獲取下一個序列值的函數(shù)
function getNextSequence(name) {
    var ret = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: name },
        update: { $inc: { seq: 1 } },
        new: true
    });
    return ret.seq;
}

// 插入新訂單時使用自定義ID
db.orders.insertOne({
    _id: getNextSequence("orderid"),
    customerName: "Alice",
    items: [
        {productId: 1, quantity: 2},
        {productId: 2, quantity: 1}
    ],
    total: 1699.97
});

// 新生成的訂單號
var orderId = getNextSequence("orderid");
console.log("New Order ID: " + orderId); // New Order ID: 1001

注意事項(xiàng)

1. 并發(fā)問題

詳解：
在高并發(fā)環(huán)境中，多個請求同時訪問計(jì)數(shù)器集合時，必須確保findAndModify操作是原子的，以避免生成重復(fù)ID。MongoDB的findAndModify操作是原子的，它可以保證在高并發(fā)環(huán)境下每次操作都是唯一的，從而避免重復(fù)ID的生成。

示例代碼：

假設(shè)有一個計(jì)數(shù)器集合counters，我們使用以下代碼來確保原子性：

// 獲取下一個自增ID的函數(shù)
function getNextSequenceValue(sequenceName) {
    var sequenceDocument = db.counters.findAndModify({
        query: { _id: sequenceName },
        update: { $inc: { sequence_value: 1 } },
        new: true,
        upsert: true
    });
    return sequenceDocument.sequence_value;
}

// 使用示例
var nextUserId = getNextSequenceValue('user_id');
db.users.insert({ _id: nextUserId, name: "John Doe" });

2. 性能影響

詳解：
頻繁更新計(jì)數(shù)器集合可能會成為性能瓶頸，尤其是在高并發(fā)環(huán)境中。每次獲取新的ID都需要對計(jì)數(shù)器集合進(jìn)行讀寫操作。這種頻繁的讀寫操作可能會影響數(shù)據(jù)庫的整體性能。為了解決這個問題，可以考慮使用分布式ID生成算法，如Twitter的Snowflake，它生成的ID不僅是唯一的，而且是分布式的，不需要頻繁訪問數(shù)據(jù)庫。

示例代碼：

使用JavaScript實(shí)現(xiàn)簡單版的Snowflake算法：

class Snowflake {
    constructor(workerId, datacenterId, sequence = 0) {
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
        this.twepoch = 1288834974657n;
        this.workerIdBits = 5n;
        this.datacenterIdBits = 5n;
        this.maxWorkerId = -1n ^ (-1n << this.workerIdBits);
        this.maxDatacenterId = -1n ^ (-1n << this.datacenterIdBits);
        this.sequenceBits = 12n;
        this.workerIdShift = this.sequenceBits;
        this.datacenterIdShift = this.sequenceBits + this.workerIdBits;
        this.timestampLeftShift = this.sequenceBits + this.workerIdBits + this.datacenterIdBits;
        this.sequenceMask = -1n ^ (-1n << this.sequenceBits);
        this.lastTimestamp = -1n;
    }

    tilNextMillis(lastTimestamp) {
        let timestamp = this.timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = this.timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    timeGen() {
        return BigInt(Date.now());
    }

    nextId() {
        let timestamp = this.timeGen();

        if (timestamp < this.lastTimestamp) {
            throw new Error('Clock moved backwards. Refusing to generate id');
        }

        if (this.lastTimestamp === timestamp) {
            this.sequence = (this.sequence + 1n) & this.sequenceMask;
            if (this.sequence === 0n) {
                timestamp = this.tilNextMillis(this.lastTimestamp);
            }
        } else {
            this.sequence = 0n;
        }

        this.lastTimestamp = timestamp;
        return ((timestamp - this.twepoch) << this.timestampLeftShift) |
            (this.datacenterId << this.datacenterIdShift) |
            (this.workerId << this.workerIdShift) |
            this.sequence;
    }
}

// 使用示例
const snowflake = new Snowflake(1n, 1n);
const id = snowflake.nextId();
console.log(id.toString());  // 生成唯一ID

3. 唯一性保證

詳解：
在分布式環(huán)境中，確保ID的唯一性是一個挑戰(zhàn)。即使在多個節(jié)點(diǎn)上生成ID，也必須保證每個ID是唯一的。通過使用分布式ID生成算法（如上所述的Snowflake），可以在多個節(jié)點(diǎn)上生成唯一的ID，而不需要依賴單一的數(shù)據(jù)庫計(jì)數(shù)器。

示例代碼：

繼續(xù)使用上面的Snowflake示例，在多個服務(wù)節(jié)點(diǎn)上生成唯一ID：

// 服務(wù)節(jié)點(diǎn)1
const snowflake1 = new Snowflake(1n, 1n);
const id1 = snowflake1.nextId();
console.log(id1.toString());  // 唯一ID

// 服務(wù)節(jié)點(diǎn)2
const snowflake2 = new Snowflake(2n, 1n);
const id2 = snowflake2.nextId();
console.log(id2.toString());  // 唯一ID

通過以上示例，在不同的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上生成的ID仍然是唯一的，確保了分布式環(huán)境中的ID唯一性。

總結(jié)

在MongoDB中，ObjectId提供了一種簡單且有效的唯一標(biāo)識符生成方式，但在某些情況下，自定義的自動增長ID可能更適合。通過創(chuàng)建計(jì)數(shù)器集合和使用findAndModify操作，可以實(shí)現(xiàn)自定義的自動增長ID。需要注意的是，在實(shí)現(xiàn)自定義自動增長ID時，必須處理好并發(fā)和性能問題，以確保ID的唯一性和生成效率。

以上就是MongoDB中自動增長ID詳解(實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用及優(yōu)化)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于MongoDB自動增長ID的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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