精通 MongoDB 7 :4 连接MongoDB（mongodb用什么工具连接）

MongoDB在数据库管理领域的突出地位

MongoDB作为一种强大、灵活且可扩展的NoSQL解决方案，在数据库管理领域脱颖而出。随着企业和开发者逐渐适应以数据为中心的范式，对数据库与各种编程语言无缝集成的需求变得日益重要。

无论您是一位希望扩展工具包的经验丰富的开发者，还是一位渴望将MongoDB集成到不同开发环境中的初学者，本章都旨在提供清晰的逐步指导。

本章将涵盖以下主题：

• 直接驱动程序方法
• 对象-文档映射（ODM）库
• MongoDB在PHP、Python、Ruby和Node.js以及TypeScript中的集成
• 连接方法

MongoDB提供的连接方法

MongoDB提供了多种连接数据库的方法，从直接驱动程序交互到对象-文档映射（ODM）层的便利性，后者优雅地处理模型对象的映射。虽然MongoDB拥有广泛的语言支持，包括但不限于Java、C++、C#、Kotlin和Rust，但本章重点关注四种独特且广泛使用的语言—PHP、Ruby、Node.js和Python。每种语言都提供了一套独特的功能和优势，需要量身定制的连接技术来充分发挥MongoDB的潜力。

使用Ruby连接

Ruby是MongoDB支持的语言中的佼佼者，拥有一个提供卓越兼容性的官方驱动程序。要成功建立到本地MongoDB主机的连接，请遵循以下简单步骤：

要安装，您必须向Gemfile添加驱动程序，如下例所示：

gem 'mongo'

然后，您可以按如下例所示连接到数据库：

require 'mongo'
client = Mongo::Client.new(['127.0.0.1:27017'], database: 'test')

或者，您也可以使用URI连接字符串：

require 'mongo'
client = Mongo::Client.new('mongodb://127.0.0.1:27017/test')

这是最简单的示例：连接到本地主机上名为test的单个数据库实例。在大多数用例中，您至少会有一个副本集要连接，如下段所示：

client_host = ['server1_host:server1_port_number, server2_host:server2_port_number']
client_options = {
    database: 'YOUR_DATABASE_NAME',
    replica_set: 'REPLICA_SET_NAME',
    user: 'YOUR_USERNAME',
    password: 'YOUR_PASSWORD'
}
client = Mongo::Client.new(client_host, client_options)

或者您可以按如下代码段所示使用URI语法连接：

client = Mongo::Client.new("mongodb://127.0.0.1:27017,127.0.0.1:27018/mydb")

client_host服务器作为客户端驱动程序的种子服务器，提供可用于连接的服务器列表。一旦连接，驱动程序会根据主/从读写配置确定要连接的适当服务器。要建立成功的连接，replica_set属性必须与指定的REPLICA_SET_NAME匹配。用户名和密码是可选的，但在任何MongoDB实例中都强烈推荐使用。在mongod.conf文件中默认启用认证是个好习惯。连接到分片集群的过程与副本集类似，有一个关键区别。不是提供服务器主机/端口，而是连接到作为MongoDB路由器的MongoDB进程。

require 'mongo'
# 假设mongos在localhost上运行
# 并使用默认端口27017
client = Mongo::Client.new(['localhost:27017'], :database =>'my_sharded_database')

您可以按如下示例连接到共享集群：

require 'mongo'
# 假设mongos在localhost上运行
# 并使用默认端口27017
client = Mongo::Client.new(['localhost:27017'], :database =>'my_sharded_database')

如果您有多个mongos实例以实现高可用性，您只需在数组中扩展主机列表：

require 'mongo'
# 连接到多个mongos实例
client = Mongo::Client.new(['mongos1_host:27017', 'mongos2_host:27017', 'mongos3_host:27017'], :database => 'my_sharded_database')

现在您已经学会了如何使用Ruby库连接，下一节将介绍如何使用ODM库。

Mongoid

Mongoid ODM是连接MongoDB与您的Ruby或Rails应用程序的简化选择。它不仅保持了Ruby驱动程序固有的灵活性，还通过减少开发时间和代码量来优化了过程。与对象关系映射（ORM）解决方案工具类似，ODMs无缝地弥合了您的模型和数据库之间的差距。

Mongoid ODM的好处包括：

• 数据抽象：Mongoid提供了一个更高层次的编程接口，允许您使用对象而不是直接处理文档表示来与数据库交互。
• 一致性：通过使用Mongoid提供的标准化接口，您可以确保整个应用程序中数据访问模式保持一致。
• 减少样板代码：Mongoid自动化了许多重复的数据库操作，这可以减少您需要编写和维护的代码量。
• 模式管理和验证：尽管MongoDB是无模式的，但Mongoid允许定义模式，提供了一种在存储数据之前验证数据的结构化方式。
• 优化性能：Mongoid通过实现缓存机制提供性能优势。
• 中间件和插件：ODM可能支持在数据库操作的不同阶段执行的中间件或插件，为自定义逻辑、数据转换、日志记录等提供钩子。
• 轻松过渡：如果您熟悉关系数据库世界的ORM，Mongoid在过渡到MongoDB时可能感觉更直观。
• 无缝集成：Mongoid弥合了应用程序模型和底层MongoDB数据库之间的差距，确保了平稳的数据转换和处理。
• 支持事务：Mongoid提供事务支持，确保任何一系列操作以原子方式执行。

对于使用Ruby最流行的MVC框架—Ruby on Rails—的用户来说，Mongoid是一个典范工具，以优雅和简洁的方式对数据进行建模，让人想起Active Record。

可以通过如下修改Gemfile将mongoid gem添加到您的应用程序中：

gem 'mongoid'

您可能需要通过向application.rb添加以下内容来为您的Rails应用程序配置ORM以使用Mongoid：

config.generators do |g|
    g.orm :mongoid
end

通过mongoid.yml配置文件建立数据库的连接。配置选项以键值对的形式传递，使用语义缩进。mongoid.yml配置文件类似于用于关系数据库的database.yml。

通过mongoid.yml文件传递的配置选项

您可以在mongoid.yml文件中传递的一些选项包括：

表4.1：Mongoid配置选项

适应MongoDB的模型

要将模型存储在MongoDB中，只需在模型声明中包含一行代码，如下例所示：

class Person
  include Mongoid::Document
  include Mongoid::Timestamps
end

如上所示添加Mongoid::Timestamps将确保以类似于Active Record的方式生成created_at和updated_at字段。

数据字段不需要在模型中按类型声明，但这样做是一个好习惯。支持的数据类型包括：

表4.2：数据类型及其描述

显式定义字段类型可以提高性能并支持所有数据类型。如果您没有显式定义字段类型，MongoDB将把字段转换为对象并将其存储在数据库中。

然而，这种方法并不支持所有数据类型，例如BigDecimal、Date、DateTime或Range。如果您尝试使用这些数据类型，将会出现错误。

Mongoid模型的继承

以下代码是使用Mongoid模型的继承示例：

class Canvas
  include Mongoid::Document
  field :name, type: String
  embeds_many :shapes
end

class Shape
  include Mongoid::Document
  field :x, type: Integer
  field :y, type: Integer
  embedded_in :canvas
end

class Circle < Shape
  field :radius, type: Float
end

class Rectangle < Shape
  field :width, type: Float
  field :height, type: Float
end

在上述示例中，您有一个Canvas类，其中嵌入了许多Shape对象。Mongoid将自动创建一个字段，即_type，以区分父子节点字段。当文档从其字段继承时，关系、验证和作用域将传播到子文档。

相反的情况不会发生；使用embeds_many和embedded_in对会创建嵌入式子文档以存储关系。如果您想通过引用ObjectId来存储这些关系，可以通过将它们替换为has_many和belongs_to来实现。

使用Python连接

另一种连接选项是使用Python。像Mongoid ODM用于Ruby一样，MongoEngine ODM也存在于Python中，以及官方的MongoDB Python驱动程序PyMongo。

可以使用pip或easy_install安装PyMongo，如下所示：

python -m pip install pymongo
python -m easy_install pymongo

注意

所需的PyMongo最低版本是4.4，Python的最低版本是3.7。

然后，您可以在类中按如下示例连接到数据库：

from pymongo import MongoClient
client = MongoClient()

连接到副本集需要副本集的一个或多个成员，以便客户端能够找出集合中的主节点、辅助节点或仲裁节点，如下所示：

client = pymongo.MongoClient('mongodb://user:passwd@node1:port1,node2:port2,node3:port3/?replicaSet=rsname')

使用连接字符串，您可以在单个字符串中传递用户名、密码和副本集名称。连接字符串URL的一些最有趣的选项将在下一节中介绍。

连接到分片需要mongos服务器的服务器主机和IP。

MongoEngine ODM

MongoEngine为从Python与MongoDB交互提供了一种强大的方式，将MongoDB的灵活性与熟悉的Pythonic API相结合。它更适合从关系数据库和ORM转型的开发者。然而，像任何工具一样，了解其优势和局限性对于有效使用至关重要。

可以通过pip安装mongoengine，如下所示：

pip install mongoengine

始终确保您使用的MongoEngine版本与安装的MongoDB版本兼容。

选项必须是成对的name=value，每对之间用&分隔。一些有趣的选项显示在表4.3中。

表4.3：MongoEngine配置选项

以下代码展示了定义文档的示例类：

from mongoengine import Document, StringField
class User(Document):
    email = StringField(required=True, unique=True, primary_key=True)
    name = StringField(max_length=50)

这个User类有name和email字段，其中email是主字段。

像任何对象-文档映射器或对象-关系映射器一样，MongoEngine引入了一些开销。虽然这种开销通常可以忽略不计，并且通过提高开发者生产力得到了补偿，但对于性能关键型应用，直接考虑PyMongo（MongoDB的原生Python驱动程序）可能是一个值得考虑的选项。

使用PHP连接

MongoDB的PHP驱动程序的架构由多层组成，如图4.1所示。

图4.1：PHP驱动程序架构

这堆栈的顶部是一个PHP库，作为Composer包分发。这个库提供了与其他MongoDB驱动程序一致的API。在该库下方是一个PHP扩展，通过PECL分发。该扩展是PHP和MongoDB的系统库（libmongoc、libbson和libmongocrypt）之间的粘合剂。虽然可以直接使用该扩展，但该库具有最小的开销，应该是大多数使用MongoDB构建的应用程序的常见依赖项。

安装是一个两步过程：

第一步是安装MongoDB扩展。这个扩展依赖于您安装的PHP版本，可以使用PECL完成。

pecl install mongodb

使用MongoDB 7.0的最低要求是PHP 7.2和PHP Driver ext + lib 1.16。

然后，在您的php.ini文件末尾复制并放置以下行：

extension=mongodb.so

php --ri mongodb输出应引用libmongoc和libmongocrypt。

第二步是使用composer（PHP的广泛使用的依赖管理器），如下例所示：

composer require mongodb/mongodb

要连接到数据库，使用连接字符串和选项数组创建客户端实例：

$client = new MongoDB\Client('mongodb://myUsername:myPassword@rs1.example.com,rs2.example.com/?ssl=true&replicaSet=myReplicaSet&authSource=admin');

或者，您可以使用$uriOptions集来传递参数，而无需使用连接字符串：

$client = new MongoDB\Client(
    'mongodb://rs1.example.com,rs2.example.com/',
    [
        'username' => 'myUsername',
        'password' => 'myPassword',
        'ssl' => true,
        'replicaSet' => 'myReplicaSet',
        'authSource' => 'admin',
    ],
);

$uriOptions集和连接字符串选项与Ruby和Python中使用的选项类似。

Eloquent ORM

Laravel以其优雅的语法和表达性编码风格而闻名，特别是在其Eloquent ORM中表现得尤为明显。Eloquent为与数据库交互提供了一个丰富、流畅的接口，特别是以其活动记录实现而闻名，与Doctrine的数据映射器模式形成对比。

要开始使用Eloquent与MongoDB，您需要安装将Laravel的Eloquent ORM与MongoDB桥接的包。要安装，请运行以下Composer命令：

composer require mongodb/laravel-mongodb

定义Eloquent模型

MongoDB的Eloquent模型定义与其他Eloquent模型一样，只是它们扩展自不同的Model基类。这里是一个设计用于与MongoDB一起工作的示例模型：

namespace App\Models;
use MongoDB\Laravel\Eloquent\Model;
class Students extends Model{
    protected $connection = 'mongodb';
    protected $collection = 'students';
    protected $fillable = ['firstname', 'lastname'];
    // 定义与'Class'模型的关系
    public function classes() {
        return $this->hasMany(Class::class);
    }
    public function address() {
        return $this->embedsOne(Address::class);
    }
    public function Grades() {
        return $this->embedMany(Grade::class);
    }
}

这个Laravel模型示例展示了如何将MongoDB与Eloquent ORM一起使用，突出了三种关键的关系类型：hasMany用于一对多关系，embedsOne用于定义单个嵌入式文档嵌套在另一个文档中的关系，embedMany用于定义多个嵌入式文档嵌套在单个父文档中的关系。这些关系示例说明了Laravel如何优雅地处理MongoDB中的关联和嵌入式文档结构。

使用Node.js连接

Node.js是一个开源的、跨平台的运行时环境，因其卓越的性能而成为最受欢迎的Web技术之一。MongoDB和Node.js，以及Express.js（一个Node.js Web框架）和React.js（一个客户端JavaScript框架），已成为众所周知的MERN堆栈。这四个组合的力量来自于它们都建立在JavaScript之上，允许创建全栈Web解决方案。这使得工程师们不必学习多种语言，也不必花费宝贵的时间试图使它们协同工作。如今，已经有几个使用MERN构建的内容管理系统（CMS），如Strapi。

因此，介绍如何使用Node.js连接MongoDB至关重要。可以使用Node.js驱动程序，可以通过Node包管理器（NPM）安装，如下所示：

npm install mongodb

然后，您可以在代码中按如下示例连接到数据库：

const { MongoClient } = require("mongodb");
// 用您的连接字符串替换uri字符串。
const uri = "mongodb://user:pass@host:27017/?w=majority";
const client = new MongoClient(uri);
async function run() {
  try {
    const database = client.db('productions');
    const movies = database.collection('movies');
    // 查询标题为'200 meters'的电影
    const query = { title: '200 meters' };
    const movie = await movies.findOne(query);
    console.log(movie);
  } finally {
    // 确保在完成/错误时关闭客户端
    await client.close();
  }
}
run().catch(console.dir);

连接到副本集需要一组种子服务器，以便客户端能够找出集合中的主节点、辅助节点或仲裁节点，如下所示：

const uri = "mongodb://user:pass@host1:27017,host2:27017,host3:27017/?replicaSet=mySet";
const client = new MongoClient(uri);

使用连接字符串，您可以在单个字符串中传递用户名、密码和副本集名称。连接字符串的一些最有趣的选项将在下一节中介绍。

连接字符串结构

您必须使用具有以下结构的连接字符串：

mongodb://[username:password@]host1[:port1][,host2[:port2],... [,hostN[:portN]]][/[database][?options]]

选项必须是name=value对，每对之间用&分隔。一些有趣的选项显示在下表中：

表4.4：Node.js配置选项

连接压缩

像所有驱动程序一样，Node.js驱动程序提供了压缩消息的选项，这减少了MongoDB和应用程序之间通过网络传输的数据量。

Node.js驱动程序支持三种压缩算法：

• Snappy：这种算法旨在非常高速和合理的压缩。
• zlib：zlib是一个无损数据压缩库。
• Zstandard：Zstandard，或zstd，是一个快速无损压缩算法，针对实时压缩场景在zlib级别和更好的压缩比。

如果您指定了多个压缩算法，驱动程序将选择列表中MongoDB实例支持的第一个。

要使用连接字符串启用压缩，请在连接字符串中添加compressors参数。如果您想指定一个或多个压缩算法，请用逗号分隔它们：

const uri = "mongodb+srv://:@/?compressors=snappy,zlib";
const client = new MongoClient(uri);

使用TypeScript连接

TypeScript是JavaScript的类型超集，为大型应用程序提供了更好的工具和静态类型。将TypeScript与Node.js结合使用可以提供强大的后端解决方案，确保类型安全和提高开发者生产力。鉴于MongoDB和TypeScript都在现代应用程序开发中广泛使用，理解它们之间的连接机制至关重要。

要在TypeScript项目中使用MongoDB，请使用相同的Node.js驱动程序。然而，TypeScript可以从MongoDB提供的类型定义中受益，这些类型定义提供了自动完成、类型检查和其他好处。

在TypeScript文件中，您现在可以设置并连接到MongoDB：

import { MongoClient, Db, Collection } from "mongodb";
const uri = "mongodb://user:pass@host:27017/?w=majority";
const client: MongoClient = new MongoClient(uri);
async function run(): Promise {
  try {
    const database: Db = client.db('productions');
    const movies: Collection = database.collection('movies');
    // 带类型的示例查询
    interface Movie {
      title: string;
      [key: string]: any;
    }
    const query: Partial = { title: '200 meters' };
    const movie: Movie | null = await movies.findOne(query);
    console.log(movie);
  } finally {
    await client.close();
  }
}
run().catch(console.dir);

在上述代码中，您使用TypeScript接口来定义数据的形状，提供了对数据结构的清晰理解，并确保了查询数据库时的类型安全。

使用TypeScript连接到副本集与Node.js版本类似，但添加了类型注释：

const uri = "mongodb://user:pass@node1:port1,node2:port2,node3:port3/?replicaSet=mySet";
const client: MongoClient = new MongoClient(uri);

连接字符串的结构与Node.js示例中的结构相同。然而，使用TypeScript时，当您定义配置对象或处理来自MongoDB的结果时，您会从接口和类型中受益，以确保类型安全和清晰。

在TypeScript中启用压缩与Node.js示例类似。然而，如果您以编程方式定义压缩器，您将从枚举中受益：

enum Compressors {
    SNAPPY = 'snappy',
    ZLIB = 'zlib',
    ZSTANDARD = 'zstd'
}
const uri = 'mongodb+srv://:@/?compressors=${Compressors.SNAPPY},${Compressors.ZLIB}';
const client: MongoClient = new MongoClient(uri);

总结

本章是关于使用PHP、Ruby、Node.js和Python连接到MongoDB的精心指南。它深入探讨了每种语言的连接过程，确保您具备实践知识，包括代码片段和与性能和安全相关的重要配置。

本章还强调了在连接过程中使用ODM的战略优势。除了ODM的好处，它还探讨了其效率、减少的开发时间，以及它在模型和MongoDB数据库之间提供的无缝桥接。

在下一章中，您将看到CRUD操作和基本查询的实际应用。