Spring Boot MongoDB 資料庫應用技巧

摘要： 一、關於 MongoDB MongoDB 目前非常流行，在最近的 DB-Engine 排名中居第5位，僅次於傳統的關係型資料庫如 Oracle、Mysql。 然而在非關係型資料庫領域，MongoDB已經持續成為佼佼者一段時間了，這與 MongoDB的一些優勢...

一、關於 MongoDB

MongoDB 目前非常流行，在最近的 DB-Engine 排名中居第5位，僅次於傳統的關係型資料庫如 Oracle、Mysql。

然而在非關係型資料庫領域，MongoDB已經持續成為佼佼者一段時間了，這與 MongoDB的一些優勢存在一定關係：

• 無模式(Schema)，便於快速開發；

• 面向文件化的資料，基於BSON格式(類JSON)，靈活性強

• 高效能，得益於其記憶體計算能力；

• 副本集、自動分片特性，提供了高可用及水平擴充套件能力

MongoDB 的主要物件包括資料庫（database）、集合（collection）、文件物件（document），與關係型資料庫的對應關係如下：

MySql	MongoDB
schema	database
table	collection
record	document
column	field

與關係型資料庫一樣，MongoDB也支援索引(不支援外來鍵)，然而其沒有定義固定的列(Column)，欄位可以是任何型別的值，比如數值、陣列或巢狀文件等。 在最近釋出的4.0版本中，MongoDB開始支援事務。可見，在未來這些資料庫之間的差異只會越來越少。

二、Spring-Data-Mongo

Spring-Data-Mongo 是Spring框架對於MongoDB 資料讀寫的ORM 封裝， 與 大家熟悉的 JPA一樣，其在MongoDB-Java-Driver基礎之上做了一些封裝，令應用開發更加簡便。

如下是 SpringData 整體框架的一個概要：

從上圖中可以看出，SpringData 是基於分層設計的。從下之上，分別是：

• 資料庫層；

• 驅動層(JDBC/Driver)；

• ORM層(Repository)；

三、整合 MongoDB CRUD

接下來的篇幅，主要針對如何在專案中使用框架進行MongoDB資料庫的讀寫，部分程式碼可供參考。

A. 引入框架

其中  spring-boot-starter-mongodb 是一個膠水元件，宣告對它的依賴會令專案自動引入 spring-data-mongo 、 mongodb-java-driver 等基礎元件。

B. 資料庫配置

我們在  application.properties 中宣告一段配置：

不難理解，這裡是資料庫主機、埠、使用者密碼、資料庫的設定。

C. 資料模型

接下來，要定義資料集合(collection) 的一個結構，以  Book 實體為例：

這裡，我們給Book 實體定義了一些屬性：

屬性名	描述
id	書籍ID
author	作者
category	書籍分類
title	書籍標題
voteCount	投票數量
price	價格
publishDate	釋出日期
updateTime	更新時間
createTime	建立時間

除此以外，我們還會用到幾個註解：

註解	描述
@Document	宣告實體為MongoDB文件
@Id	標記ID屬性
@Indexed	單鍵索引
@CompoundIndexes	複合索引集
@CompoundIndex	複合索引

關於MongoDB索引形態，可以參考 官方文件 做一個詳細瞭解。

D. 資料操作

ORM 框架可以讓你通過操作物件來直接影響資料，這樣一來，可以大大減少上手的難度，你不再需要熟悉大量驅動層的API了。 

Spring-Data-Mongo 實現了類JPA的介面，通過預定義好的Repository可實現 程式碼方法到資料庫操作語句DML 的對映。 

下面是一些例子：

• BookRepository

我們所看到的  findByAttribute 將會直接被轉換成對應的條件查詢，

如 findByAuthor 等價於

接下來，我們可以方便的在業務邏輯層(service層) 對Repository 進行呼叫，如下：

關於Repository 對映規則，可以從 這裡 找到詳細介紹。

E. 自定義操作

有時候，Repository的方法對映無法較好的滿足一些特定場景，比如高階檢索、區域性更新、覆蓋索引查詢等等， 此時可以使用框架提供的  MongoTemplate 工具類來完成這些定製。

MongoTemplate 提供了大量的  Criteria API 來封裝 Mongo-Java-Driver的實現。 

我們一方面可以選擇直接使用該API，另一方面，則可以更加 "優雅" 的整合到Repository 介面，如下面的程式碼：

• 宣告 Custom 介面

• 宣告介面繼承關係

• 實現類

利用 AOP的魔法 ，Spring 框架會自動將我們這段程式碼實現  織入  到Bean物件中， 這樣一來，我們原先對Repository的依賴引用方式就不需要改變了。

四、高階技巧

SpringBoot中完成Mongodb的自動化配置，是通過 MongoAutoConfiguration、MongoDataAutoConfiguration 完成的。

其中MongoAutoConfiguration的實現如下：

從上面的程式碼可見，如果應用程式碼中未宣告 MongoClient、MongoDbFactory，那麼框架會根據配置檔案自動做客戶端的初始化。 

通過宣告，可以取消這些自動化配置：

真實線上的專案中，會對MongoDB 客戶端做一些定製 ，下面介紹幾個常見用法

1. 連線池配置

這裡我們所關心的，往往是連線池大小、超時引數閾值、佇列這幾個，

如下：

2. 去掉_class屬性

通過 SpringDataMongo 定義的實體，會自動寫入一個 _class 屬性，大多數情況下這個不是必須的，可以通過配置去掉：

   public MongoTemplate mongoTemplate(MongoDbFactory mongoDbFactory, MongoMappingContext context) {

       MongoTemplate mongoTemplate = new MongoTemplate(mongoDbFactory, converter);

       return mongoTemplate;

3. 自定義序列化

一些基礎的欄位型別，如 int 、long、string，通過JDK 裝箱類就可以完成， 對於內嵌的物件型別，SpringDataMongo框架會將其轉換為 DBObject物件(java driver 實體)。 

一般情況下這已經足夠了，但某些場景下你不得不實現自己的序列化方式，比如通過文件儲存某些特殊格式的內容。

這需要用到 Converter 介面，如下面的程式碼：

4. 讀寫分離

MongoDB 本身支援讀寫分離的實現，前提是採用副本集、分片副本集的架構， 通過宣告客戶端的 ReadPreference 級別可以達到優先讀主、優先讀備的控制。

上面的程式碼中，將會為MongoClient 設定  secondaryPreferred 的讀級別。 ReadPreference 級別包括以下幾種：

級別	描述
primary	預設值，只從主節點讀，主節點不可用時報錯
primaryPreferred	優先主節點(primary)讀，主節點不可用時到從節點(secondary)讀
secondary	僅從備節點(secondary)讀取資料
secondaryPreferred	優先從備節點讀，從節點不可用時到主節點讀取
nearest	到網路延遲最低的節點讀取資料，不管是主節點還是從節點

小結

MongoDB 是當下 NoSQL 資料庫的首選，也有不少服務化架構採用了 MongoDB作為主要資料庫， 其在 4.x版本中即將推出事務功能，在未來該文件資料庫相對於RDBMS的差距將會大大縮小。 也正由於MongoDB 具備 簡單、易擴充套件、高效能等特性，其社群活躍度非常高，是非常值得關注和學習的。

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