使用 Java 8 学习 MongoDB（Part 1）

MongoDB

MongoDB 是一种 NoSQL 类型的数据库。数据按照 BSON 格式进行存储，所有的数据按照键/值对（key/value）的方式进行存储。其中 key 表示属性，value 表示相对于 key 存储的属性值。

Documents

在 Mongo 里面，文档代表着一种能存储任意数量的键值对的数据结构。比如 “员工” 数据可以表示为一个文档，其中 name，address，age 和它们的值以键值对（key-value）的方式存储在该文档中。要注意的是，文档存储为一种二进制 JSON 格式，称为 BSON（Binary JSON）。 下面是一个文档的例子：

{ 
    "_id": { 
        "$oid" : "58eb8c2b1de2b36bfcc74326"
    }, 
    "name": "Shamik Mitra"
}

集合

在 Mongo 中，经常把具有相同数据结构的文档放入一个容器，并将其称为集合。可以把集合视为关系数据库中的表，每一行数据其实就对应着一个文档。所以我们可以认为 Employee 集合包含了多个 Employee 文档。不过要注意的是，这只是逻辑上面的一种理解。按照定义，一个集合可包含任意类型的文档 — 例如，一个集合能包含 Employee 文档以及 Car 文档。这些数据结构是没有约束的。 注意：在设计数据结构的时候，创建的集合最好与文档有着相似的结构。

无模式（No Schema）

这是 SQL 和 NoSQL 数据库之间的主要区别之一。对我而言，我不喜欢这些术语。我更倾向于使用关系数据库和非关系数据库来描述他们。使用 NoSQL，不需要任何预定义的模式 — 它能包含任何 BSON 格式的数据。具体来说，任何数据结构都适用于无模式数据库，因此它适用于存储非结构化的数据。 这使得开发者能更容易的进行开发，因为在关系型数据库中, 所有的数据都有一个固定的模式。比如一张员工表中有 name, age 和 address 字段，它存储的数据都保持着相同的数据结构。如果现在需要修改结构，比方说我们想要添加一个 gender 属性，则必须要改变表的模式以纳入新的属性。但是在 Mongo 中，因为它是模式自由的，所以这些都不需要，我们可将任何数据结构和任意属性的组合放在一起，可存储任意格式的数据。 注意：虽然 MongoDB 是模式自由的，但在设计的过程中，逻辑上我们把相同结构的文档放到一个集合中，所以会存在一个隐形的模式。

横向扩展

大数据的成功依赖于它的横向扩展能力。Mongo 作为大数据技术的一部分，当然也是支持的。通过横向扩展，MongoDB 能够将数据分发到多个节点上，每个节点都可以是低配的电脑，我们也可以轻松地添加和删除这些节点。所以当我们需要存储更多的数据时，可以添加新的节点而不影响现有的架构，然而在纵向扩展中（例如 RDBMS 使用的方式），我们则需要一台超级计算机，并且数据采用中央化存储的方式。 注意：在向多节点分发数据的时候，Mongo 有一定的容错机制。如果一个节点挂掉了之后，我们会使用其他的节点获取数据。当然，如果使用纵向扩展，因为数据是中央化存储，如果出现故障的话，我们会丢失所有的数据，这将会导致单点故障。

分片（Sharding）

分片是 MongoDB 将庞大的数据块拆分成小的数据块的技术，之后，它会为每个块创建一份副本，然后这些块会被分发到多个节点中。当查询时，服务器通过元数据查询到数据所在的节点，然后从该节点返回查询结果。

Mongo 安装步骤

1. 下载最新的 Mongo ZIP 包（下载地址）
2. 创建目录 D:\InstalledApps，解压 ZIP 的文件到这个目录
3. 将解压的文件夹重命名为 mongodb
4. 在 mongodb 文件夹下新建 data 文件夹：D:\InstalledApps\mongodb\data
5. 打开 cmd（命令行），输入以下命令：cd D:\InstalledApps\mongodb\bin 进入 D:\InstalledApps\mongodb\bin
6. 通过命令启动 MongoDB Server：mongod.exe --dbpath D:\InstalledApps\mongodb\data

MongoDB Server 启动在 localhost:27017

安装 Mongo 客户端

我们将会使用 RoboMongo 作为 mongo 客户端。它有漂亮的图形化界面，所以我们可以轻松创建集合，并通过使用 RoboMongo GUI 添加文档。 RoboMongo 下载地址（戳这里），解压 ZIP 文件后，双击 RoboMongo.exe 运行程序。它将启动 RoboMongo GUI。 通过下面的步骤连接到 Mongo Server：

• Host: localhost 和 port: 27017。
• 创建数据库：在 RoboMongo 图形化界面中，右键点击右侧面板的计算机图标以创建一个数据库。使用 test 作为数据库的名字。
• 创建集合：右键点击右侧面板的集合图标。创建一个新的集合，命名为 Employee。
• 插入一个文档：右键单击 Employee 集合，然后点击 Insert Document，在文本区域粘贴以下内容：

{ "name" : "Shamik" , "address" : "1 Nivedita Lane" , "age" : 32}

点击 save，这将在 Mongo Server 中插入文档。 这些操作其实也可以通过 Mongo 的控制台来完成。 

编写 Java 代码

上述的步骤完成后，就该写 Java 代码连接 MongoDB 数据库了。要用到的工具有：

1. Eclipse Neon
2. 适用于 Eclipse 的 Maven 插件
3. Java 8

第一步

首先，在 Eclipse 里创建一个名为 mongoExample 的 Maven 项目，并将 Java 编译器版本设置为 1.8。没有的话请去网上下载。

第二步

编写一个 pom.xml，如下所示：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>mongoExample</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.mongodb</groupId>
            <artifactId>mongo-java-driver</artifactId>
            <version>2.10.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

可以看到我们用了 mongo-java-driver 这个库配合 Java 8 来连接 Mongo Server。

创建 MongoContext 类

接下来，我们使用 Java 代码连接 Mongo Server。我们先写一个顶级 API 类，把连接 MongoDB Server 的操作抽象出来，并给调用者提供一些辅助方法：

/**
*
*/
package com.example.config;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.function.Function;
import com.mongodb.BasicDBObject;
import com.mongodb.DB;
import com.mongodb.DBCollection;
import com.mongodb.DBCursor;
import com.mongodb.MongoClient;
/**
* @author Shamik Mitra
*
*/
public class MongoContext {
    private static MongoContext ctx = new MongoContext();
    private  MongoClient client;
    private  DB db;
    private MongoContext(){
        try{
            init();
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    private void init() throws UnknownHostException{
        this.client = new MongoClient("localhost" , 27017);
    }
    public static MongoContext get(){
        return ctx;
    }
    public MongoContext connectDb(String dbname){
        if(db !=null){
            throw new RuntimeException("Already conected to " + db.getName() + "can't connect " + dbname);
        }
        this.db = client.getDB(dbname);
        System.out.println("DB Details :: " + db.getName());
        return ctx;
    }
    public <T,X> DBCursor findByKey(String collectionName,String key,T value,Function<T,X> convertDataType){
        DBCollection collection = db.getCollection(collectionName);
        BasicDBObject searchQuery = new BasicDBObject();
        searchQuery.put(key, convertDataType.apply(value));
        System.out.println("search Query ::" + searchQuery);
        DBCursor cursor = collection.find(searchQuery);
        return cursor;
    }
}

代码说明

在代码中，我创建了一个单例对象 MongoContext。它的 init 方法会创建一个 MongoClient 类来连接 MongoDB。注意 MongoClient 类来自 Mongo Java Driver 这个库： this.client = new MongoClient("localhost" , 27017); 然后，我定义了静态的 get() 方法来返回类内部维护的 MongoContext 单例对象。 至此，成功建立了到 Mongo server 的连接。 下一步，指定需连接的数据库。我写了个泛型方法 connectDb(String dbName)，调用它就可以指定要连接到的数据库。注意这个方法返回的类型是类的单例对象 MongoContext 本身。这里我用了链式代码的风格（Fluent API）来写。

下一步，从数据库中查询到我们需要的文档。 为此，我写了个泛型方法：

public <T,X> DBCursor findByKey(String collectionName,String key,T value,Function<T,X> convertDataType)

方法接受四个参数： collectionName：代表要查询的集合名称，比如现在我们要查询的就是 Employee 集合。记住，可把集合看作关系型数据库里的表。 key：代表要从集合里查询的键，相当于在 SQL where 查询子句里指定的字段名。 value：代表键所对应的值，同样相当于 where 里给的值。 Function<T,X>：这里运用了 Java 8 的函数接口，可以把数据从一个类型 T 转换成另一个类型 X。( T -> X)。我们的这个泛型方法 findbyKey 需要用到这东西。 然而，现在的情况是，我们并不知道调用者到底想查询什么键，于是就会比较麻烦。例如说，在 Employee 集合里，员工姓名这个键是字符串类型，而年龄是整型。如果调用者想以姓名来查询，那对应的数据类型就得是字符串，同理查询年龄就得用整型。因此，我们得用一种特殊方法，能把提供的值转换成对应的类型。现在呢，我们用 Lambda 表达式来实现我们的需求。可以看一下这篇文章，了解到底什么是 Lambda 表达式。 在方法内，我们得到了要查询的集合名称，然后创建了 BasicDataObject 类的一个对象 searchQuery。随后，把参数里的键和值提供给对象来提供查询信息。最后，我们执行查询，并把得到的查询结果放进一个 DBCursor 对象里以进行维护。

代码测试

新建一个 Main.java 类：

/**
*
*/
package com.example.mongotest;
import com.example.config.MongoContext;
import com.mongodb.DBCursor;
/**
* @author Shamik Mitra
*
*/
public class Main {
    /**
    *
    */
    public static void main(String[] args) {
        DBCursor result = MongoContext.get().connectDb("test").findByKey("Employee", "age", 32,
                (value) -> new Integer(value));
        while (result.hasNext()) {
            System.out.println(result.next());
        }
    }
}

在代码中，我创建了个 MongoContext 对象，连接到测试用的服务器。随后把要查询的集合名 Employee、键名 age 以及值 32 传递给 findByKey 方法调用。我还向方法提供了一条 Lambda 表达式，代表键 age 的对应数据类型是整型。 注意在 findByKey 的方法定义里，我用泛型参数 T 来代表值的数据类型。 那么，为什么方法要用函数接口？其实我可以让调用者直接给我提供类型 T 的信息来表示值的类型，但是，这样做有个好处，调用者可以在进行查询前，在函数接口里验证或检查用户所提供的查询数据是否合法、被修改之类。 代码执行结果：

DB Details :: test
search Query ::{ "age" : 32}
{ "_id" : { "$oid" : "58ecde108b308657b44937b1"} , "name" : "Shamik" , "adress" : "1 Nivedita Lane" , "age" : 32}