实验项目：MongoDB数据库的部署和操作
实验目的：熟练掌握MongoDB数据库单机和集群的部署与配置方法，MongoDB中数据库的管理、集合的管理和文档的增删改查命令、聚合和管道的操作、索引的建立和使用，Java和Python访问MongoDB的方法。
实验仪器：装有Linux操作系统的PC机。
实验内容步骤：
目录
1.1 安装MongoDB（Ubuntu版本：22.04 LTS）
?2.2 MongoDB数据库操作实例（用 MongoDB Shell 设计出 Student 集合）
[1-2参考大数据处理技术实验4]
1.实现MongoDB单实例的部署
1.1 安装MongoDB（Ubuntu版本：22.04 LTS）
1.1.1 查看Ubuntu版本
命令：lsb_release -a
1.1.2 使用Ubuntu命令安装
（1）更新系统包：
sudo apt update（可选）
sudo apt upgrade（可选）
sudo apt install dirmngr gnupg apt-transport-https ca-certificates software-properties-common
（2）安装MongoDB的依赖libssl1.1（安装curl后使用curl命令安装）
（3）运行下命令将 MongoDB 存储库添加到的 Ubuntu 系统（可选？）
echo "deb [ arch=amd64,arm64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu focal/mongodb-org/5.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-5.0.list
（4）添加MongoDB GPG密钥
wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-5.0.asc | sudo apt-key add -
（5）添加储存库，同时命令安装MongoDB服务包
sudo apt update
sudo apt install mongodb-org（sudo apt install -y mongodb-org）
1.2?启动MongoDB，验证状态
sudo systemctl enable mongod
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl status mongod
1.3?测试MongoDB
mongo --eval 'db.runCommand({connectionStatus: 1})'
1.4?启动MongoDB Shell
mongo
·根据给出的Student文档完成操作
Student文档：
{
“name”: “zhangsan”,
“score”:{
“English”: 70,
“Math”: 80,
“Computer”: 90
}
}
{
“name”: “lisi”,
“score”: {
“English”: 30,
“Math”: 40,
“Computer”: 50
}
}2.使用Shell命令访问MongoDB数据库
2.1 数据库操作
2.1.1? 数据库：查看、使用和删除数据库
·查看当前连接的服务器：db.getMongo()
·查看数据库列表：show dbs
·切换使用某个具体的数据库：use <db> （存在-切换，不存在-创建）
执行use <db>指令后：
·查看数据库中的所有集合：show collections
·以JSON方式显示集合名称：db.getCollectionNames
·查看当前数据库中更详细的集合信息：db.getCollectionInfos()
·删除当前数据库：db.dropDatabase()
·显示当前数据库名称：db
2.1.2 集合：查看、创建和删除集合
·新建集合：db.createCollectioin(<name>)? ? ? ? 【字符串作集合名加双引号，区分大小写】
·删除集合：db.<name>.drop()
2.1.3 文档：文档插入、文档查询、文档更新和文档删除
·文档插入：
·向文档中插入数据：db.COLLECTION_NAME.insert(document)
·插入或更新文档时，预先定义文档：
? ? ? ? doc1={item1:'item3',item2:'item4'}
? ? ? ? db.COLLECTION_NAME.insert(doc1)
·插入语句可以同时插入多个语句：db.COLLECTION_NAME.insert(doc1,doc2)
·查看集合中的全部文档：db.COLLECTION_NAME.find()
?
（这里把mycol写成了myccol，笑死）
?·文档查询：
·返回集合的全部文档：
db.mycol.find()
db.mycol.find().pretty()
?·文档更新：
文档更新的基本语法：
db.collection.update(
? ? ? ? <query>,
? ? ? ? <update>,
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? upsert:<boolean>,
? ? ? ? ? ? ? ? multi:<boolean>,
? ? ? ? ? ? ? ? writeConcern:<document>
? ? ? ? }
)
·<query>为查询条件
·<upate>为更新操作符：
????????$set :设置一系列值
·upsert为布尔型可选项：不存在可以更新的记录，是否插入一个新值（默认false）
·multi为布尔型可选项：如果存在多个满足查询条件的记录，是否全部更新（默认false）
·writeConcern表示抛出异常的级别：是否在出现网络或服务器故障等时刻抛出错误信息（一般使用时不做设置）
·文档删除：
·删除文档的语法：
db.collection.remove(
? ? ? ? <query>,
????????justOne:<boolean>
)
<query>为查询条件
justOne为可选的布尔型变量，说明?满足查询条件的文档是全部删除还是只删除一条，默认false（删除满足条件的全部文档）
·删除当前集合中的全部文档：
db.col.remove({})
2.1.4 聚合和管道
聚合操作通过aggregate语句实现（支持比较、逻辑、范围和聚合运算符，支持多种管道操作）
管道：将前一条语句的结果作为第二条语句的输入（MongoDB中可以理解为具体的聚合方法）
常见的管道操作：$group、$project、$match、$sort、$limit、$skip
常见的聚合运算符：$sum、$avg、$min/$max、$first/$last、$push
常见的比较运算符：$gt/lt、$gte/$lte、$ne
1. $group管道与分组求和
?2. $project、$match、$sort、$limit和$skip管道
（1）$project：对显示结果的字段进行调整。（find语句：projection）
（2）$match：过滤输出。（find语句：query参数）
（3）$sort：结果排序
（4）$limit、$skip：限制显示结果，以及略过返回结果的前几项
管道操作与其他聚合操作配合使用，形成更复杂的查询逻辑
?3. $unwind管道
作用：把一个集合列拆分为多个值（将一个文档拆分为多个文档显示）
4. 常见聚合运算符
（1）$sum：求和
（2）$min/$max：返回一个极值
（3）$avg：返回平均值
（4）$first/$last：将资源文档排序后，返回第一个或最后一个文档数据
（5）$push：将数值插入到一个数组中
2.1.5 索引：索引的创建、查看和删除
1. 维护索引
建立索引可以提高查询效率
示例语句：
db.mycol.createIndex({"item1":1})
db.mycol.createIndex({"item1":1,"item2":-1})
createIndex指令可以设置多个可选参数：
?其他常用可选参数：
unique：布尔型，表示是否建立唯一索引，默认false
dropdups：布尔型，表示是否删除重复记录，默认true
weights：整数型，取值在1~99999之间，表示和其他索引相比较的权重
查看某个集合的素有相关索引：db.mycol.getIndexes()
?删除索引：db.mycol.dropIndex("myindex")
删除一个集合的所有索引：db.mycol.dropIndexes()
?2. 全文索引
对字段建立“text”类型索引：db.mycol.createIndex({"item1":"text"})
针对多个字段建立索引：db.mycol.creeateIndex({"item1":"text","ietm2":"text"})
?（每个集合智能建立一个全文索引）
建立索引后可以进行检索：
对集合进行全文检索：db.mycol.find({$text:{$search:"first"}})
检索包含多个关键字其中之一的文档：db.mycol.find({$text:{$search:"first second"}})
检索包含“first”，但不包含“second”的记录：db.mycol.find({$text:{$search:"first -second"}})
检索包含“first item”完整词组的记录：db.mycol.find({$text:{$search:"\"first item\""}})
???????
3. 地理位置索引（略）
2.2 MongoDB数据库操作实例（用 MongoDB Shell 设计出 Student 集合）
（1）创建数据库：
Use database_liuhao
（2）创建集合：
db.createCollection(“Student”)
（3）插入数据：
db.Student.insert( name:”zhangsan”, score:{ English:70, Math:80, Computer:90 } })
db.Student.insert( name:”lisi”, score:{ English:30, Math:40, Computer:50 } })
2.用 find()方法输出两个学生的信息。
db.Student.find()
db.Student.find().pretty() //易读方式
3.用 find()方法查询 lisi 的所有成绩（只显示 score 列）。
db.Student.find({ name:”lisi”?}, { score:1, _id:0 })
4.修改 zhangsan 的 Math 成绩为 66。
db.Student.update({name:”zhangsan”},{$set:{“score.Math”:66}})
3.编程实现MongoDB的访问
（1）设计一个应用于实际场景的MongoDB数据库（至少包括两类实体和一个关系），描述数据库设计（画出MongoDB数据库，每个集合至少2个文档，每个文档至少4个键值对），以及如何进行实体和关系的增删改查。例如：学生+课程成绩，顾客+商品，用户+图书，客户+美食，医生+病人，游客+景点，住户+旅馆。
（2）Java访问该MongoDB数据库：实现数据库的连接、集合和文档的创建、文档的增删改查。
4. 实现MongoDB的集群化部署
- 复制集的部署（必选）
- MongoDB集群的完整部署（可选）
【参考资料】