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ACE Developer»论坛 › 开发基础 › 服务器端程序开发 › MongoDB研究和实践
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MongoDB研究和实践

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发表于 2011-6-14 15:15:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近NoSQL炒的如火如荼，最近在为公司搞一个类似邮件的信息系统。BOSS需要大量用户用手机通过这个信息系统进行交流，并且还必须能实时查询。因为我的系统采用了ICE方式部署，可以有效的分解逻辑部分，于是在寻找一种能够配合分布式存储模式的数据存储模式。我的需求是，一种基于KV结构的信息系统，key永远是用户ID，而Value我需要是一个数据结构，并支持我对这个结构的修改和增删。最后经过多方比较，我决定选择MongoDB来实现我的需求。
说实在的，NoSQL只是一种数据存储手段，并不是万能的。更多的时候，我更喜欢DBMS，因为这样的结构适合很多关系型数据的遍历和查询，因为在数据初期我不可能预测到所有的查询需求，DBMS恰好能弥补我这方面的需求。NoSQL并不是万能的，它适合服务于写频繁，同时读取指定键值简单的数据关系，所谓分布式存储其实不是什么新概念，DBMS其实就有不少的分布式产品的例子，比如oracle。
在我看来，NoSQL还没有完全到达非常成熟的程度，比如对热点数据的负载分担，NoSQL算法还不是很完善。虽然有redis 这类的产品，可以自动分割"热"和"冷"的数据，通过换页的方法增加数据命中率，不过对单点数据的瞬时巨量访问还一直是一个问题，我希望NoSQL可以针对数据的“热”度，在达到一定程度的时候，对数据自动产生分布式冗余，因为过热的数据大多是读取操作多些（比如，明星微博发布一条消息）。而这部分冗余数据可以分散集中在一点的数据访问量。这部分功能目前主要还是开发者们自己去实现的。另外还有对线程安全的一些控制和操作。
所以我觉得，数据层采用什么方法存储，最好还是根据实际需求确定，切莫一概而论，容易反而给自己增加更多不必要的烦恼。
MongoDB优点有不少，写入快（其实并不是写入IO快，而是不写入IO先放在内存里面，后面有一个线程去搞定数据和IO的同步），对文档遍历查询很方便，支持一套类SQL的关系型查找规则，尤其对数组查询和修改提供的小语法非常实用，这里要赞一下。
先说MongoDB的安装，先去
http://www.mongodb.org/
下载一个符合你系统的MongoDB数据库。mongoDB还支持中文版的网页，看来使用者中国人也不少。
然后根据你的开发语言，去下载响应的客户端开发包。（比如我现在用的是Python，就下载一个pymongo）
在这里推荐一本书《MongoDB权威指南》，介绍了很多很实用的基础语法规则。
于是我开始构建我的数据库结构。
比如，我的数据结构如下：
  1. class CUserData():
  2.     def __init__(self):
  3.         self.nID     = 0   #唯一标记ID
  4.         self.nCount  = 0   #更新次数
  5.         self.strName = ""  #名称
  6.         self.objData = []  #CUerDataInfo数组
复制代码
这里的objData是一个数组，这个数组的单元是一个结构体，这样设计比较符合常规的设计模式（很多例子上操作数据一般都用字符串，数字之类的，不过我觉得这些例子实用价值不高，更多的是我们的数组里面有一个我们所规定的结构体，并对这个结构体进行访问）
我们姑且定义这个结构体如下：
  1. class CUerDataInfo():
  2.     def __init__(self):
  3.         self.nID     = 0    #当前ID
  4.         self.strText = ""   #数据内容
复制代码
好了，下面介绍一下mongoDB的基础插入，删除，更新，修改，查询动作是怎么做的。考虑到这些东东如果写在实际逻辑代码里实在是太难看，也没必要，以后修改维护起来太麻烦，于是我把它封装了一个类，提供外围调用使用之。
  1. import gridfsfrom pymongo import Connection
  2. #数据库操作类，包装mongoDB访问使用之
  3. class CMongoDBOP():
  4.     def __init__(self):
  5.         self.m_objConnection = None
  6.         
  7.     def __del__(self):
  8.         self.Close()
  9.         
  10.     def Connect(self, strDBIP, nPort):
  11.         try:
  12.             if self.m_objConnection is None:
  13.                 self.m_objConnection = Connection(strDBIP, nPort)
  14.             else:
  15.                 self.m_objConnection.disconnect()
  16.         except:
  17.             print "[CMongoDBOP::Connect]Connect error."
  18.             pass
  19.         
  20.     def Close(self):
  21.         if self.m_objConnection is not None:
  22.             self.m_objConnection.disconnect()
  23.             
  24.     def CreateCollection(self, strDBName, strTableName, nSize = 0):
  25.         if self.m_objConnection is None:
  26.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  27.             return False
  28.         
  29.         db = self.m_objConnection[strDBName]
  30.         if db is None:
  31.             return False
  32.         else:
  33.             objTBNames = db.collection_names()
  34.             for res in objTBNames:
  35.                 if res == strTableName:
  36.                     return False
  37.                
  38.             if nSize == 0:
  39.                 db.create_collection(strTableName)
  40.             else:
  41.                 db.create_collection(strTableName, {"capped":"true", "max":100})
  42.             return True
  43.             
  44.         
  45.     def Insert(self, strDBName, strTableName, objData):
  46.         if self.m_objConnection is None:
  47.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  48.             return False
  49.         else:
  50.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  51.             if db is None:
  52.                 return False
  53.             
  54.             #{a:1,b:1}
  55.             db[strTableName].insert(objData)
  56.             return True
  57.         
  58.     def Update(self, strDBName, strTableName, objWhere, objData):
  59.         if self.m_objConnection is None:
  60.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  61.             return False
  62.         else:
  63.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  64.             if db is None:
  65.                 return False
  66.             
  67.             #{b:'q'}, {$set:{a:1}}, false, true
  68.             db[strTableName].update(objWhere, objData, upsert=False, multi=True)
  69.             return True
  70.    
  71.     def Delete(self, strDBName, strTableName, objData):
  72.         if self.m_objConnection is None:
  73.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  74.             return False
  75.         else:
  76.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  77.             if db is None:
  78.                 return False
  79.             
  80.             #{z:'abc'}
  81.             db[strTableName].remove(objData)
  82.             return True
  83.         
  84.     def Remove(self, strDBName, strTableName):
  85.         if self.m_objConnection is None:
  86.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  87.             return False
  88.         else:
  89.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  90.             if db is None:
  91.                 return False
  92.             
  93.             #{z:'abc'}
  94.             db[strTableName].remove()
  95.             return True        
  96.         
  97.     def Select(self, strDBName, strTableName, objData):
  98.         if self.m_objConnection is None:
  99.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  100.             return None
  101.         else:
  102.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  103.             if db is None:
  104.                 return None
  105.             
  106.             objResult = None
  107.             if objData is None:
  108.                 objResult = db[strTableName].find()
  109.             else:
  110.                 objResult = db[strTableName].find(objData)
  111.             return objResult
  112.         
  113.     def Count(self, strDBName, strTableName):
  114.         if self.m_objConnection is None:
  115.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  116.             return 0
  117.         else:
  118.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  119.             if db is None:
  120.                 return 0
  121.             
  122.             return db[strTableName].count()
  123.         
  124.     def Limit(self, strDBName, strTableName, objData, objOrderBy, nLimit):
  125.         if self.m_objConnection is None:
  126.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  127.             return None
  128.         else:
  129.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  130.             if db is None:
  131.                 return None
  132.             
  133.             objResult = None
  134.             if objData is None:
  135.                 #objResult = db[strTableName].find().sort(objOrderBy).limit(nLimit)
  136.                 objResult = db[strTableName].find().sort(objOrderBy, -1).limit(nLimit)
  137.             else:
  138.                 objResult = db[strTableName].find(objData).sort(objOrderBy).limit(nLimit)
  139.             return objResult
  140.         
  141.     def EnsureIndex(self, strDBName, strTableName, objEnsureIndex):
  142.         if self.m_objConnection is None:
  143.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  144.             return False
  145.         else:
  146.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  147.             if db is None:
  148.                 return False
  149.             
  150.             db[strTableName].create_index(objEnsureIndex)
  151.             return True
  152.             
  153.             
  154.     def GridFS_Put(self, strDBName, strTableName, objFileContent, strFileName):
  155.         if self.m_objConnection is None:
  156.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  157.             return False
  158.         else:
  159.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  160.             if db is None:
  161.                 return False
  162.         
  163.             fs = gridfs.GridFS(db)
  164.             nFileID = fs.put(objFileContent, filename=strFileName)
  165.             #print "[GridFS_Put]nFileID=" + str(nFileID)
  166.             return True
复制代码

mongoDB Client代码很简单，先建立一个Connect，然后基于这个Connect进行增删改操作。这个Connect实际就是一个标准的socket，当你insert的时候，MongoDB会在客户端调用Bson引擎把你的doc转换成Bson格式传输给数据库。这里其实是有优化空间的，我和andy测试的结果是Bson.encode()最耗时，能否把这部分剥离出来，让外面生成Bson数据直接Send呢？肯定是可以的，只不过需要稍微修改一下MongoDB的client代码，也不是很复杂。此话以后有时间大家有兴趣的话我专门说一下。
以上是一个标准的数据操作封装，有兴趣可以看一下里面的实现代码。strDBName指的是数据库名称，在MongoDB里面，一个strDBName对应一个在Data文件夹下的文件。你可以在一个strDBName里面建立N个collection，这个collection你完全可以理解成DBMS里面的数据表。strTableName就是这个集合的名字。
mongoDB很有趣，你可以预先不建立collection，直到你插入的时候，如果数据库发现你的表不存在，它会帮你直接建立。在很多时候这样的方式比较方便，不过，也会造成麻烦，比如有些一次性操作，这么做就比较复杂（比如建立索引）。你必须用单独的代码去做。更好玩的是Update操作，你可以通过设置Update的upsert=False, multi=True这两个参数实现，upsert参数是如果数据不存在，则会帮你建立（true的时候有效），multi意思是如果发现多行数据符合条件，是否一次修改多行？如果为False只会修改查找到的第一条记录。这个功能实在是太好使了，在DBMS实现这个可麻烦了，至少2,3条SQL语句才能做到。这里一个参数就搞定了。
mongoDB的魔力还不仅如此，我之所以想用它的根本原因，是他的数组修改器，这个小东东太好使了，再次攒一下。
试想一下，我有这么一个需求，我需要建立一个定长的数组，当达到上限，则自动顶出最早的数据。这在DBMS里面，实现起来又是一个繁复的过程，至少要判定当前数组个数是否达到上限，再去找最旧的数据，然后再删除，再插入。。。。!@#$%^，要累死我啊。。再看mongoDB，数组完全可以作为栈空间操作，直接一个语法$pop : { objData : -1 }，搞定。简单吧。。。。我真没想到能如此简单。。
当然，给力的支持还不仅仅如此。$pull更能根据你给定的条件删除数据。再加上$push方便的插入数据，$addToSet能避免重复输入。无敌了！我只能这么说了。
好了，废话少说，看看我上面说的这些东东怎么通过代码实现。
  1. @exeTime
  2. def DBInsert():
  3.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  4.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  5.     objUserData = CUserData()
  6.     objUserData.strName = "freeeyes"
  7.     for i in xrange(1, 100000):
  8.         obkDict = {}
  9.         obkDict["nID"]     = i
  10.         obkDict["strName"] = objUserData.strName
  11.         obkDict["objData"] = []
  12.         objMongoDBOP.Insert("MongoTestDB", "TestCollection", obkDict)
  14. @exeTime
  15. def DBUpdata():
  16.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  17.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  18.     objUserData = CUserData()
  19.     objUserData.strName = "freeeyes"
  20.     for i in xrange(1, 100000):
  21.         obkDictKey = {}
  22.         obkDictKey["nID"]     = i
  23.         
  24.         obkUpdata = {"$inc" : {"nCount" : 1}, "$set" : {"strName" : "freedomeyes"}}
  25.         objMongoDBOP.Update("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey, obkUpdata)
  26.         
  27. @exeTime
  28. def DBEnsureIndex():
  29.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  30.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  31.    
  32.     obkDictKey = "nID"
  33.     objMongoDBOP.EnsureIndex("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey)
  34.         
  35. @exeTime
  36. def DBDelete():
  37.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  38.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  39.     objUserData = CUserData()
  40.     objUserData.strName = "freeeyes"
  41.     for i in xrange(1, 100000):
  42.         obkDictKey = {}
  43.         obkDictKey["nID"]     = i
  44.         
  45.         objMongoDBOP.Delete("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey)
  46.         
  47. @exeTime
  49. @exeTime
  50. def RemoveAll():
  51.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  52.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  53.     objMongoDBOP.Remove("MongoTestDB", "TestCollection")
  54.     objMongoDBOP.Remove("MongoTestDB", "TestGFS")
  55.    
  56. @exeTime
  57. def DBInsertCell():
  58.     #测试数组
  59.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  60.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  61.     for i in xrange(1, 100000):
  62.         obkDictKey = {}
  63.         obkDictKey["nID"]     = i
  64.         
  65.         objDict = {}
  66.         objDict["nID"]     = i
  67.         objDict["strText"] = "I'm a freeeyes"
  68.         
  69.         objData = {"objData" : objDict}
  70.         
  71.         objUpdate = {}
  72.         objUpdate["$push"] = objData        
  73.         
  74.         objMongoDBOP.Update("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey, objUpdate)
  75.         
  76. @exeTime
  77. def DBUpdateCell():
  78.     #测试数组
  79.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  80.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  81.     for i in xrange(1, 100000):
  82.         obkDictKey = {}
  83.         obkDictKey["nID"]     = i
  84.         
  85.         objDict = {}
  86.         objDict["objData.0.strText"]     = "I'm a shiqiang."
  87.         
  88.         objUpdate = {}
  89.         objUpdate["$set"] = objDict        
  90.         
  91.         objMongoDBOP.Update("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey, objUpdate)
  92.         
  93. @exeTime
  94. def DBDeleteCell():
  95.     #测试数组
  96.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  97.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  98.     for i in xrange(1, 100000):
  99.         obkDictKey = {}
  100.         obkDictKey["nID"]     = i
  101.         
  102.         objData = {"objData" : { "nID" : i }}
  103.         
  104.         objUpdate = {}
  105.         objUpdate["$pull"] = objData  
  106.         
  107.         objMongoDBOP.Update("MongoTestDB", "TestCollection", obkDictKey, objUpdate)   
  109. @exeTime
  110. def DBGridFS():
  111.     objMongoDBOP = CMongoDBOP()
  112.     objMongoDBOP.Connect("127.0.0.1", 27017)
  113.    
  114.     for i in xrange(1, 10000):
  115.         objMongoDBOP.GridFS_Put("MongoTestDB", "TestGFS", "Hello freeeyes", "file_" + str(i) + ".txt")
复制代码

这里要说明一下，@exeTime是我写的一个装饰器：用于显示执行时间的，代码如下：
  1. def exeTime(func):
  2.     def newFunc(*args, **args2):
  3.         t0 = time.time()
  4.         #print "@%s, {%s} start" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)   
  5.         back = func(*args, **args2)
  6.         #print "@%s, {%s} end" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)   
  7.         print "*******@%.3fs taken for {%s}" % (time.time() - t0, func.__name__)
  8.         return back
  9.     return newFunc
复制代码

好了，我为了测试性能，模拟了10万次的插入，删除，修改动作（有索引的情况下），并进行了10万次的数组操作（插入，删除和修改），让我们开看看mongoDB完成这些操作用了多少时间？
测试代码如下：
  1. #单线程版本  
  3. print "[MongoDBTest]Single Thread."
  4. DBInsert()
  5. DBEnsureIndex()
  6. DBUpdata()
  7. DBDelete()
  8. DBInsertCell()
  9. DBUpdateCell()
  10. DBDeleteCell()
  11. RemoveAll()
复制代码

好了，看看mongoDB消耗了多少时间：
[MongoDBTest]Single Thread.
*******@10.532s taken for {DBInsert}
*******@0.062s taken for {DBEnsureIndex}
*******@16.891s taken for {DBUpdata}
*******@11.281s taken for {DBDelete}
*******@8.859s taken for {DBInsertCell}
*******@9.704s taken for {DBUpdateCell}
*******@8.171s taken for {DBDeleteCell}
*******@0.000s taken for {RemoveAll}
*******@0.000s taken for {newFunc}

呵呵，10万次操作，这个时间我还是比较满意的。
这里在着重说一下，mongoDB为了快速，默认是在unsafe模式下运行的，这个模式是指，操作并不会等数据真正执行成功便会返回。这是一个双刃剑，对于有些不重要的数据，这么做是没有问题的，但是对于交易数据，最好还是把safe关键字选择true。
主要稍微修改一下insert方法
  1.     def Insert(self, strDBName, strTableName, objData):
  2.         if self.m_objConnection is None:
  3.             print "[CMongoDBOP::Set]self.m_objConnection is None."
  4.             return False
  5.         else:
  6.             db = self.m_objConnection[strDBName]
  7.             if db is None:
  8.                 return False
  9.             
  10.             #{a:1,b:1}
  11.             db[strTableName].insert(objData, safe=True)
  12.             return True
复制代码

不过safe模式会大大降低系统性能，最好在需要肯定数据必须需要同步的时候去做。这就是属于数据设计的问题了。呵呵。
好了，如果你有兴趣，可以跑跑这段代码，看看mongoDB在你机器上的表现。（此测试代码在python2.6+winXP下测试通过）

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