什么是MongoDB？

MongoDB是一个非关系型数据库（NoSQL），与传统的关系型数据库（如MySQL）不同，它以类似JSON的格式存储数据，非常灵活。

核心概念类比

安装PyMongo

PyMongo是Python操作MongoDB的官方驱动库

pip install pymongo

建立连接

from pymongo import MongoClient

# 连接到本地MongoDB服务
client = MongoClient('mongodb://localhost:27017/')

# 连接到数据库（不存在则创建）
db = client['mydatabase']

# 连接到集合（不存在则创建）
collection = db['mycollection']

连接远程数据库

# 带用户名密码的连接
client = MongoClient('mongodb://username:password@host:27017/')

插入数据

# 插入单个文档
student = {"name": "张三", "age": 20, "major": "计算机科学"}
result = collection.insert_one(student)
print("插入ID:", result.inserted_id)

# 插入多个文档
students = [
    {"name": "李四", "age": 22, "major": "数学"},
    {"name": "王五", "age": 21, "major": "物理"}
]
result = collection.insert_many(students)
print("插入IDs:", result.inserted_ids)

查询数据

# 查询单个文档
result = collection.find_one({"name": "张三"})
print(result)

# 查询所有文档
for student in collection.find():
    print(student)

# 条件查询（年龄大于20）
for student in collection.find({"age": {"$gt": 20}}):
    print(student)

更新数据

# 更新单个文档
collection.update_one(
    {"name": "张三"},
    {"$set": {"age": 21}}
)

# 更新多个文档（所有数学专业年龄+1）
collection.update_many(
    {"major": "数学"},
    {"$inc": {"age": 1}}
)

删除数据

# 删除单个文档
collection.delete_one({"name": "张三"})

# 删除多个文档
collection.delete_many({"major": "数学"})

查询运算符

• $gt：大于（great than）
• $lt：小于（less than）
• $ne：不等于（not equal）
• $in：在数组中
• $regex：正则表达式匹配

# 年龄在20到25之间的学生
collection.find({"age": {"$gte": 20, "$lte": 25}})

投影（选择返回字段）

# 只返回name和age字段，不返回_id
for student in collection.find({}, {"_id": 0, "name": 1, "age": 1}):
    print(student)

排序与限制

# 按年龄降序排序，取前5个
for student in collection.find().sort("age", -1).limit(5):
    print(student)

聚合管道

用于复杂的数据处理和分组操作

# 按专业分组统计平均年龄
pipeline = [
    {"$group": {"_id": "$major", "avg_age": {"$avg": "$age"}}}
]
results = collection.aggregate(pipeline)
for res in results:
    print(res)

为什么需要索引？

索引就像书的目录，可以大大加快查询速度，特别是数据量大的时候。

创建索引

# 单字段索引
collection.create_index("name")

# 复合索引
collection.create_index([("major", 1), ("age", -1)])

# 唯一索引（防止重复）
collection.create_index("email", unique=True)

数据库管理

# 列出所有数据库
print(client.list_database_names())

# 列出所有集合
print(db.list_collection_names())

# 删除集合
db.drop_collection("mycollection")

# 删除数据库
client.drop_database("mydatabase")

文档设计原则

• 将经常一起访问的数据放在同一文档中
• 避免创建巨大的文档（超过16MB）
• 避免深度嵌套（嵌套层级不宜过深）
• 使用有意义的字段名（但不要过长）

安全注意事项

• 永远不要在生产环境使用无密码的MongoDB
• 使用角色访问控制（RBAC）
• 启用网络加密（TLS/SSL）
• 定期更新MongoDB版本

常见错误

• 忘记关闭数据库连接（使用with语句可自动关闭）
• 混淆insert_one和insert_many
• 忘记处理重复键错误（唯一索引）
• 在循环中执行大量数据库操作（性能差）