一、MongoDB核心特性与适用场景

MongoDB作为文档型非关系型数据库，采用BSON格式存储数据，其核心优势体现在三个方面：首先，动态模式设计允许字段灵活增减，特别适合需求多变的业务场景；其次，水平扩展能力通过分片集群支持PB级数据存储；再者，丰富的查询语法（如聚合管道、地理空间查询）能高效处理复杂分析需求。

典型应用场景包括：实时日志分析系统、用户行为追踪平台、内容管理系统（CMS）以及物联网设备数据采集。以电商系统为例，商品信息存储可采用嵌套文档结构，将基础属性、规格参数、库存信息整合在单个文档中，避免传统关系型数据库的多表关联查询。

二、环境搭建与基础配置

1. 安装部署方案

• Windows环境：下载MSI安装包后，配置环境变量PATH包含MongoDB的bin目录，创建数据存储目录C:\data\db
• Linux环境：通过包管理器安装（如Ubuntu的sudo apt-get install mongodb），配置systemd服务实现开机自启
• Docker部署：使用官方镜像docker run --name mongo -p 27017:27017 -d mongo快速启动容器

2. 连接管理要点

连接字符串格式为mongodb://[username:password@]host[:port][/[database][?options]]，生产环境必须启用认证：

// 启用认证的配置示例
const MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
const uri = "mongodb+srv://<username>:<password>@cluster0.example.mongodb.net/test?retryWrites=true&w=majority";
const client = new MongoClient(uri);

三、核心数据操作实战

1. 文档CRUD操作

插入文档：

db.users.insertOne({
  name: "张三",
  age: 28,
  contacts: {
    email: "zhangsan@example.com",
    phones: ["13800138000"]
  },
  hobbies: ["阅读", "旅行"],
  createdAt: new Date()
});

查询操作：

// 条件查询
db.products.find({
  price: {$gt: 100},
  category: "电子产品",
  "specs.storage": {$gte: 256}
}).sort({sales: -1}).limit(5);
// 投影查询（只返回特定字段）
db.orders.find({}, {_id: 0, customerName: 1, totalAmount: 1});

更新操作：

// 数组更新（添加元素）
db.users.updateOne(
  {name: "张三"},
  {$push: {hobbies: "摄影"}}
);
// 复杂字段更新
db.products.updateOne(
  {sku: "P1001"},
  {
    $set: {
      "specs.cpu": "i7-12700K",
      "specs.ram": "32GB DDR5"
    },
    $inc: {stock: -5}
  }
);

2. 索引优化策略

创建单字段索引：

db.orders.createIndex({customerId: 1});  // 1表示升序，-1表示降序

复合索引设计原则：

// 电商订单查询优化示例
db.orders.createIndex({
  status: 1,          // 等值查询字段优先
  createdAt: -1,      // 排序字段次之
  totalAmount: 1      // 范围查询字段最后
});

索引使用注意事项：

• 避免创建过多索引（每个索引占用存储空间并影响写入性能）
• 定期使用explain()分析查询执行计划
• 对低选择性字段（如性别）创建索引效果有限

四、聚合框架深度解析

聚合管道由多个阶段组成，每个阶段对文档进行转换：

db.sales.aggregate([
  {
    $match: {
      date: {$gte: ISODate("2023-01-01")},
      region: "华东"
    }
  },
  {
    $group: {
      _id: "$productCategory",
      totalSales: {$sum: "$amount"},
      avgPrice: {$avg: "$price"},
      count: {$sum: 1}
    }
  },
  {
    $sort: {totalSales: -1}
  },
  {
    $limit: 5
  }
]);

常用聚合操作符：

• $project：重命名字段或计算新字段
• $unwind：展开数组字段
• $lookup：实现类似SQL的JOIN操作
• $facet：并行执行多个聚合子管道

五、生产环境最佳实践

1. 副本集配置：至少部署3个节点（1主2从），配置rs.initiate()初始化
2. 备份策略：使用mongodump进行逻辑备份，结合文件系统快照进行物理备份
3. 监控指标：重点关注connections.current、memory.resident、opcounters.query等指标
4. 安全加固：启用TLS加密、配置IP白名单、定期轮换认证凭据

六、常见问题解决方案

1. 连接超时问题：检查网络防火墙设置，调整connectTimeoutMS参数
2. 写入延迟：优化批量写入操作（bulkWrite），适当调整w参数控制写关注级别
3. 内存不足：配置wiredTigerCacheSizeGB限制缓存大小，或升级服务器内存
4. 索引失效：使用$hint强制指定索引，或重建碎片化严重的索引

通过系统掌握上述核心操作，开发者能够高效完成MongoDB的基础开发工作。建议结合MongoDB Compass可视化工具进行实践，同时参考官方文档中的CRUD操作指南和聚合框架教程进行深入学习。