摘要：為了解決傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫所存在的海量級數(shù)據(jù)處理效率低下等問題，利用MongoDB技術(shù)，制定了MongoDB存儲(chǔ)架構(gòu)，并采用當(dāng)前的主流技術(shù)，提出一套行之有效的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案。首先對MongoDB技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后基于數(shù)據(jù)庫連接、創(chuàng)建集合、基本操作實(shí)現(xiàn)這3個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)了基于MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，這一數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)為后期相關(guān)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)工作提供了重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞："關(guān)系型數(shù)據(jù)庫"非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫""前端界面""總體架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP311.1

Research"on"the"Design"of"Non-Relational"Databases"Based"on"MongoDB

SHI"Yingchao

Xizang"Agricultural"and"Animal"Husbandry"University，"Linzhi"，"Xizang"Autonomous"Region，860000"China

Abstract："In"order"to"solve"the"problems"of"low"efficiency"in"processing"massive"data"in"traditional"relational"databases，nbsp;this"article"uses"MongoDB"technology"to"develop"a"MongoDB"storage"architecture，"and"adopts"current"mainstream"technologies"to"propose"an"effective"design"scheme"of"non-relational"databases."Firstly，"it"introduces"MongoDB"technology"in"detail，"and"then"designs"a"non-relational"database"based"on"MongoDB"from"three"aspects："database"connection，"collection"creation"and"basic"operation"implementation."The"implementation"of"this"database"provides"important"reference"for"the"design"of"related"databases"in"the"later"stage.

Key"Words："Relational"database;"Non-relational"database;"Front-end"interface;"Overall"architecture

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)為了更好地適應(yīng)環(huán)境變化，開始不斷創(chuàng)新。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法保障動(dòng)態(tài)網(wǎng)站的響應(yīng)速度，因此出現(xiàn)了新型非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以有效地解決海量數(shù)據(jù)多重問題。本文對比基于MongoDB的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與SQLserver數(shù)據(jù)庫的性能，并采用實(shí)例分析的方式[1]，全面化分析和研究MongoDB數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)，利用node.計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，封裝處理MongoDB數(shù)據(jù)庫，從而凸顯出該數(shù)據(jù)庫在提高動(dòng)態(tài)網(wǎng)站響應(yīng)速度的優(yōu)勢。所以，在MongoDB技術(shù)的背景下，設(shè)計(jì)科學(xué)的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是技術(shù)人員需要思考的內(nèi)容。

1"MongoDB技術(shù)

• 數(shù)據(jù)庫介紹

數(shù)據(jù)庫是指長時(shí)間存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)集合，其具有一定的共享性、組織性特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫在具體運(yùn)用中，按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行有效的組織和管理。數(shù)據(jù)庫內(nèi)存中所運(yùn)行的程序一旦設(shè)計(jì)不合理，很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失、泄露等風(fēng)險(xiǎn)[2]。所以，需要采用持久化存儲(chǔ)的方式，將運(yùn)行的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到硬盤中，從而保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性，而數(shù)據(jù)庫在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)方面發(fā)揮出重要作用。數(shù)據(jù)庫主要包含以下兩種。

1. 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（SQL）。利用二維表關(guān)系模型，對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與存儲(chǔ)，典型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如MySQL數(shù)據(jù)庫、MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫等。
2. 非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL）。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在具體應(yīng)用中，主要采用鍵值對的方式，對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和存儲(chǔ)，MongoDB、NoSQL是非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的常見代表。

以上兩種數(shù)據(jù)庫區(qū)別如下。

（1）存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫在具體構(gòu)建時(shí)，需要在參照數(shù)據(jù)庫、表、記錄3個(gè)層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用表格的方式，對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；MongoDB數(shù)據(jù)庫在具體構(gòu)建時(shí)，需要參照數(shù)據(jù)庫、集合、文檔對象結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上采用鍵值對方式，存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)。（2）成本。MongoDB具有易部署、成本低等特點(diǎn)，該數(shù)據(jù)庫屬于典型的開源軟件，無需像MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫那樣花費(fèi)較高成本。（3）查詢速度。MongoDB數(shù)據(jù)庫在具體應(yīng)用中，需要將所需數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到緩存空間中，無需經(jīng)過SQL層解析處理，而MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫需要將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到硬盤中，因此，其查詢速度相對較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MongoDB數(shù)據(jù)庫。

• MongoDB簡介

MongoDB作為一種非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，主要是在參照分布式文件存儲(chǔ)原理提出的，MongoDB主要用于對Web網(wǎng)站的高效化開發(fā)，可以對所需要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)插入、查詢與更新等[3]。MongoDB具有容易操作、維護(hù)方便、容易存儲(chǔ)等優(yōu)勢，并且還可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)直接復(fù)制。MongoDB作為一種非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫高度一致，并且其文檔（Document）屬于MongoDB基本數(shù)據(jù)單位[4]，而文檔數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包括多個(gè)關(guān)聯(lián)值、鍵等。集合與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表非常相似，所以采用分類存儲(chǔ)，在相應(yīng)集合中應(yīng)用文檔存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫（DataBase）內(nèi)部含有大量的集合[5]。如下圖1所示為MongoDB數(shù)據(jù)庫層次結(jié)構(gòu)，可以看出數(shù)據(jù)庫的層次關(guān)系，單個(gè)數(shù)據(jù)庫管理軟件內(nèi)部中擁有多個(gè)集合，而集合主要是指數(shù)據(jù)庫中同種類型的數(shù)據(jù)，單個(gè)集合內(nèi)含有若干個(gè)文檔，文檔主要是指數(shù)據(jù)庫中一條條數(shù)據(jù)，字段主要是指每條數(shù)據(jù)所對應(yīng)的屬性名稱。在本次設(shè)計(jì)時(shí)，主要用到Mongoose對象模型工具，該工具主要是借助node.js所開發(fā)的。在異步環(huán)境下，可以直接執(zhí)行Mongoose。

2基于MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本文以“旅游類的電子導(dǎo)游項(xiàng)目”為實(shí)例項(xiàng)目，主要運(yùn)用管理員、消息、新聞等多個(gè)數(shù)據(jù)庫模型。為保證該項(xiàng)目用戶登錄功能實(shí)現(xiàn)效果，結(jié)合MongoDB基本操作，完成對如表1所示的用戶信息表的設(shè)計(jì)以及如圖2所示的用戶E-R圖繪制。另外，采用舉例說明的方式，介紹MongoDB對象模型MongoDB數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。

2.1數(shù)據(jù)庫需求分析

在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的過程中，理解并滿足用戶需求是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們可以將需求分析過程劃分為兩個(gè)主要的操作步驟，這兩個(gè)步驟緊密相連，共同構(gòu)成了用戶與數(shù)據(jù)庫交互的核心。首先，用戶對本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽與管理，并通過Excel文件將文件批量導(dǎo)入，也可以直接在MongoDB數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入序列文件。這種直接導(dǎo)入的方式對于處理結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，尤其是大數(shù)據(jù)量的情況，可以大大提高效率；其次，數(shù)據(jù)的處理。用戶對于數(shù)據(jù)進(jìn)行查找與瀏覽后，下載序列文件。通過細(xì)致地分析和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的用戶操作流程，創(chuàng)建一個(gè)既滿足用戶需求，又具有高效、安全和易用特性的系統(tǒng)，為用戶的數(shù)據(jù)管理與分析提供支持。

2.2數(shù)據(jù)庫連接

在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接時(shí)，首先，使用require語句，完成對所需模塊的加載，在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建所需要的數(shù)據(jù)庫；其次，運(yùn)用connect語句，確保各個(gè)數(shù)據(jù)庫之間建立良好的連接關(guān)系，connect語句中的url主要用于對服務(wù)器地址的指定。

2.3創(chuàng)建集合

當(dāng)數(shù)據(jù)庫連接完畢后，需要做好對集合規(guī)則和集合的設(shè)定和創(chuàng)建，集合創(chuàng)建主要包含以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：（1）采用schema定義的方式，對集合規(guī)定進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，并對整個(gè)集合中存在的字段類型進(jìn)行精確化描述，字段功能與表結(jié)構(gòu)性極其類似；（2）使用規(guī)則，創(chuàng)建集合。在這個(gè)過程中，僅僅可以創(chuàng)建schema中所定義好的屬性。在創(chuàng)建這些屬性時(shí)，主要運(yùn)用model方法。在model函數(shù)中，主要運(yùn)用集合名稱、集合規(guī)則兩個(gè)參數(shù)。運(yùn)用Model方法，對于構(gòu)造函數(shù)實(shí)施返回處理，借助構(gòu)造函數(shù)將內(nèi)容添加到集合內(nèi)，創(chuàng)建文檔。而文檔創(chuàng)建首先需要?jiǎng)?chuàng)建集合實(shí)例。其次，結(jié)合實(shí)例對象，調(diào)用save方法，確保數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸和存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。此外，采用構(gòu)造create函數(shù)法，創(chuàng)建所需文檔。

2.4總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)整合了網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)等構(gòu)成虛擬化資源池，基于應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活分配物理資源，提高資源利用率。同時(shí)，利用資源池動(dòng)態(tài)可伸縮的特點(diǎn)，部署在分布式應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)層采用MongoDB，可以確保整體功能的負(fù)載均衡。接口層提供對外的數(shù)據(jù)訪問接口、查詢接口，使層與層之間的交互更加方便。展示層則是用戶操作界面，確保界面簡潔明了。

2.5基本操作的實(shí)現(xiàn)

采用服務(wù)器組建MongoDB分布式集群，服務(wù)器配置相同，操作系統(tǒng)為Ubuntu"20.04，磁盤容量"1TB、CPU為4核、內(nèi)存為8GB。MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)對基本操作的增加、刪除、修改等，利用圖2所示的node.js操作數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的基本操作。另外，利用MongoDB技術(shù)，直接調(diào)用model模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作。

另外，以“數(shù)據(jù)庫信息增加”為實(shí)例，演示運(yùn)用代碼添加數(shù)據(jù)過程，其他集合操作與數(shù)據(jù)添加操作極其類似。通常情況下，MongoDB數(shù)據(jù)庫主要調(diào)用insert（）方法、save（）方法，將數(shù)據(jù)插入到集合中。

3結(jié)語

綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的MongoDB非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具有成本低、易操作、寫入便捷高效等特點(diǎn)。但是，該數(shù)據(jù)庫也存在以下弊端：（1）一旦旅游數(shù)據(jù)規(guī)模過大，會(huì)嚴(yán)重影響旅游數(shù)據(jù)查詢速度；（2）該數(shù)據(jù)庫在刪除記錄數(shù)據(jù)后，不能立即釋放存儲(chǔ)空間，導(dǎo)致空間占用率相對較高。為解決該數(shù)據(jù)庫存在的弊端，技術(shù)人員要合理優(yōu)化設(shè)計(jì)非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

參考文獻(xiàn)

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