集册 Node.js（版本:v10 LTS）教程 Nod.js 和 MongoDB

Nod.js 和 MongoDB

Xebcnor     最近更新时间：2019-10-10 11:48:40

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在本 Node.js 学习路径中，到目前为止，我们已使用关系数据库 SQLite3 作为示例应用程序的数据存储。在本单元中，我们将应用程序转换为使用 MongoDB（这是用于 Node.js 应用程序的最受欢迎的非关系数据库之一）。

非关系是指一种可替代关系数据库的数据库类型。下面介绍了三种类型的非关系数据库：

  • 键/值存储：常用示例包括 Apache Cassandra 和 Redis。

  • 面向文档：常见示例包括 MongoDB 和 Cloudant。

  • 图形数据库：常见示例为 Apache Giraph。

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MongoDB 是一种面向文档的数据库，它使用二进制 JSON 格式（称为 BSON）来存储数据。与其他非关系数据库一样，MongoDB 因为对大数据的渴求而流行起来。

在本单元中，您会将 MongoDB 设置为"购物清单"应用程序的数据库，然后使用 MongoDB 执行一系列常见的数据库操作。您将了解通过 SQLite 3 和 MongoDB 执行这些操作有何差别。您还能快速了解 Mongoose，这是一个经常与 MongoDB 一起使用的 Node 包。

完成本单元后，您将准备好从该示例应用程序出发，进一步了解 MongoDB 和 Mongoose。

获取代码

您在此学习路径中跟随其中示例一起进行操作所需的代码可在我的 GitHub 存储库中找到。

关于本教程

在本单元中，我将第 6 单元和第 11 单元中的"购物清单"应用程序转换为使用 MongoDB。此代码位于本课程的 GitHub 存储库的   Node.js/Course/Unit-12 目录中。

我建议先阅读本资料，并将代码示例提取到您的编辑器中。在大致了解后，即可设置 MongoDB。如果计划在本地使用 MongoDB（如同我在本单元中的做法），那么您可能需要安装 MongoDB。如果已经远程安装了 MongoDB，那么只需将 ./config/app-settings.js 中的 appSettings.mongodb_url 属性更改为指向远程服务器。

然后，从终端窗口或命令提示符中启动该应用程序：

  1. 打开一个终端窗口，浏览至本课程的 GitHub 存储库中的 Unit-12 目录。

  2. 运行 npm install 以通过 npm 注册表安装必需的包。

  3. 如果要在本地运行 MongoDB，请在其专属的终端窗口中启动 MongoDB 守护程序：npm run start-mongod。

  4. 打开另一个终端窗口，浏览至 Unit-12 目录，然后向 MongoDB 加载数据：npm run   load-db（需要几分钟时间来运行该过程）。

  5. 启动该应用程序：npm start。

  6. 让浏览器指向 http://localhost:3000，并使用该应用程序。

现在，您可以开始使用本单元中的资料，方法是使用源代码并运行应用程序作为参考。在使用应用程序的过程中，查看能否将 UI 中的屏幕与使用中的模块、页面和其他源工件对应起来，以便了解其工作方式。

适用于 Node 的 MongoDB 文档

起初，Node 用户可能觉得 MongoDB   的文档不好理解。任何特定 API 函数的 API 参考文档都是介绍在 MongoDB Shell 中使用该 API 函数的方式，而非在 Node 应用程序中使用该   API 函数的方式。

虽然阅读 MongoDB 文档可了解所有概念，但查看 MongoDB Node Driver 文档可了解特定于 API 的信息。

另外注意，几乎每个 API 函数都接受一个参数，该参数允许您在异步方法完成或函数返回一个 Promise 时指定一个回调。如果您认为正在阅读的是 Node API 文档，而其中没有提及回调或返回的 Promise，那么您阅读的文档不对！

在搜索 Web 时尤其是这样：您找到的许多"解决方案"适用于 MongoDB Shell，但不适用于 Node 代码。您需要添加回调或添加一个 then()（用于处理 Promise），从而使这些解决方案适用于 Node。

设置 MongoDB

在本单元中，我建议使用未受保护的本地安装，因为这种简便的方法可以帮助您轻松掌握 MongoDB。

可使用多种方式在您的计算机上安装 MongoDB。转至 MongoDB 社区下载页面，您将看到一个类似图 1 的屏幕。

图 1. MongoDB 社区下载页面的截屏

选择与您的平台对应的选项卡，然后遵循以下相应的指示信息。

MacOS

对于 MacOS，您有两种选择：

  • 使用 tarball（其名称类似于 mongodb-osx-ssl-x86_64-4.0.1.tgz）

  • 使用 Homebrew（推荐）

如果选择 tarball 路由，请单击 DOWNLOAD (tgz) 按钮以开始下载。

如果选择使用 Homebrew（推荐），请进入一个终端窗口，输入 brew install mongodb，然后坐等安装完成。如果需要安装   Homebrew，请单击此处以获取安装指示信息。

您必须完成一些附加步骤，以便正确设置 MongoDB 安装。请参阅 MongoDB MacOS   安装教程以获取这些指示信息。

Windows

选择 Windows 选项卡，然后单击 DOWNLOAD (msi) 以开始下载。

您必须完成一些附加步骤，以便正确设置 MongoDB 安装。参阅 MongoDB   Windows 安装教程以获取这些指示信息。

Linux

选择 Linux 选项卡，然后单击 DOWNLOAD (tgz) 按钮以开始下载。

您必须完成一些附加步骤，以便正确设置 MongoDB 安装。参阅 MongoDB Linux   安装教程以获取这些指示信息。

“购物清单”应用程序

我已将"购物清单"示例应用程序转换为使用 MongoDB，我们将一起来查看这些更改。这实现起来非常简单，您将在应用程序的数据访问对象 (DAO) 实施中找到大多数更改。

  • lists-dao-mongodb.js 是适用于 lists 集合的 MongoDB 特定的 DAO 实施。

  • items-dao-mongodb.js 是适用于 items 集合的 MongoDB 特定的 DAO 实施。

在后续章节中，我们将回顾这两个模块中所做的更改。在这之前，我们来花点时间了解从关系范例到面向文档的范例的转变。

表与集合

使用 SQL 数据库时的持久性原子单元是行。在面向文档的数据库 MongoDB 中，此概念对应于文档。   大多数开发者都习惯将应用程序中的持久性原子视为记录，因此从行到文档的映射并不是一件容易的事。

如果使用表的话，很多时候会产生不确定性。在 SQL 数据库中，记录将作为数据行存储在表中，而表之间相互关联。在面向文档的存储系统（如   MongoDB）中，这些记录变成集合中的文档。尽管集合可以相互关联，但集合比表更独立，并且通常包含嵌入的文档。

您在"购物清单"应用程序中发现的第一个变化可能是命名：

  • item 表变为 items 集合。

  • brand 表变为 brands 集合。

  • shopping_list 表变为 shoppingLists 集合。

另外注意，shopping_list 及其 item 之间不再需要连接表。MongoDB 的每个   shoppingLists 文档均包含购物清单 items 及其文档 ID（当然，引用的是 items 的 ObjectID，而不是项的副本）的数组。

大体上就是这样。现在，我们来看一些代码。

连接到 MongoDB

必须先运行 MongoDB 守护程序（名为 mongod），然后才能与之连接。

一旦运行了 MongoDB，就可以很轻松地进行连接。首先，调用 mongodb.MongoClient.connect()，并将 URL 传递给 MongoDB 实例。这为异步调用。如果函数调用成功，那么会将一个引用传递给 MongoClient，以供您用于检索要使用的数据库的引用。与大多数数据库管理系统一样，MongoDB 支持同时运行多个数据库。

用于连接到 MongoDB 的代码几乎是样板文件，因此我在 ./utils/utils.js 中编写了一次该代码。需要此代码的任何数据访问对象 (DAO) 都会调用一个方法，该方法将返回一个 Promise。解析后，该 Promise 将返回一个数据库引用。

清单 1 显示用于连接到 MongoDB 的 dbConnect() 函数。

清单 1. 来自 ./utils/utils.js 的 dbConnect()

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const mongodb = require('mongodb');
.
.
let mongodbClient;
let db;
.
.
function dbConnect() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        if (db) {
            resolve(db);
        } else {
            mongodb.MongoClient.connect(appSettings.mongodb_url, function(err, client) {
                if (err) {
                    logger.error('Error connecting to the MongoDB URL: ' + appSettings.mongodb_url);
                    reject(err);
                }
                mongodbClient = client;
                db = mongodbClient.db(appSettings.mongodb_db_name);
                // Make sure connection closes when Node exits
                process.on('exit', (code) => {
                    dbClose();
                })
                resolve(db);
            });
        }
    });
}

建立连接后，返回给调用者的 Promise 将通过数据库引用进行解析。

另外注意：

  • dbConnect() 函数会存储对 MongoClient 对象的引用，因此稍后可用于关闭任何打开的数据库连接。

  • 已安装 process.on('exit') 处理程序，以便在 Node 进程退出时关闭 MongoDB 连接。

要关闭数据库连接，请调用 utils.dbClose()，如清单 2 所示。

清单 2. 来自 ./utils/utils.js 的 dbClose()

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function dbClose() {
    if (mongodbClient && mongodbClient.isConnected()) {
        mongodbClient.close();
    }
}

两个 MongoDB DAO 实施均使用了可立即调用的函数表达式 IIFE。这些函数会在加载时初始化与 MongoDB 的连接，从而避免了每个请求的连接和断开连接延迟（请参阅：MongoDB 建议）。

在清单 3 中，加载模块后会立即使用 IIFE 来连接到 MongoDB。

清单 3. 来自 lists-dao-mongodb.js 的 IIFE

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// MongoDB reference
let db;
 
// Get a DB connection when this module is loaded
(function getDbConnection() {
    utils.dbConnect().then((database) => {
        db = database;
    }).catch((err) => {
        logger.error('Error while initializing DB: ' + err.message, 'lists-dao-mongogb.getDbConnection()');
    });
})();

已存储数据库引用，以便 lists-dao-mongodb 中的其他方法能够轻松使用。

查询 MongoDB 集合

在 MongoDB 中，记录称为"文档"。文档存储在集合中，这与 SQL 表类似。

可使用几种方法从集合中选择数据。

第一种也是最简单的一种方法是选择集合中的所有文档。要执行此操作，请获取对要从中选择数据的集合的引用，然后对 find() 函数使用一个空的查询对象，用于告知 MongoDB 选择哪些内容。

清单 4 显示来自 lists-dao-mongodb 模块的 fetchAll() 函数。

清单 4. fetchAll() 函数将选择数据库中的所有购物清单文档

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01 function fetchAll() {
 02     return new Promise((resolve, reject) => {
 03         let lists = db.collection('shoppingLists');
 04         lists.find({}).toArray((err, documents) => {
 05             if (err) {
 06                 logger.error('Error occurred: ' + err.message, 'fetchAll()');
 07                 reject(err);
 08             } else {
 09                 logger.debug('Raw data: ' + JSON.stringify(documents), 'fetchAll()');
 10                 resolve({ data: JSON.stringify(documents), statusCode: (documents.length > 0) ? 200 : 404 });
 11             }
 12         });
 13     });
 14 }

注意，首先获取对 shoppingLists 集合的引用（第 3 行），然后对该引用调用 find() 函数（第 4 行）。

传递给 find() 的 query 参数是一个空的 JSON 对象 ({})，用于告知 MongoDB "选择全部内容"（即"不过滤任何内容"）。MongoDB 返回一个 Cursor。对 Cursor 调用 toArray() 会将其转换为数组。如果该操作成功，那么生成的 documents 引用（第 4 行中回调的第二个参数）将包含数据库中所有购物清单的 JSON 对象。

有关 Cursor 的更多信息

MongoDB 的 Cursor 具有流畅的界面，并且是一个非常通用的对象，可用于转换 MongoDB 操作结果。一定要查看 MongoDB Node Driver 文档，以了解有关 Cursor 对象的更多信息。

其余的代码看起来与第 6 单元和第 11 单元中的代码类似：JSON 文档将进行字符串化（使用 stringify()），并且连同反映查询结果的状态码一起返回给调用者。

MongoDB 的   find()（带有 query）

选择所有文档很简单，但如果要应用某种过滤器，该怎么办呢？假设您在查找其 itemDescription 属性中包含特定词集的所有   Items。清单 5 显示如何再次使用 find() 函数进行搜索，但这一次使用了 query。

清单 5. 来自 items-dao-mongodb 模块的 findByDescription()   函数

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01 function findByDescription(partialDescription) {
 02     return new Promise((resolve, reject) => {
 03         let items = db.collection('items');
 04         let search = `.*${partialDescription}.*`;
 05         items.find({ itemDescription: { $regex: search, $options: 'i' } }).toArray((err, documents) => {
 06             if (err) {
 07                 reject(err);
 08             } else {
 09                 resolve({ data: JSON.stringify(documents), statusCode: (documents.length > 0) ? 200 : 404 });
 10             }
 11         });
 12     });
 13 }

在此示例中，首先获取对集合的引用（第 3 行），然后调用 find() 函数（第 5 行）并传递查询，如下所示：

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{ itemDescription: { $regex: search, $options: 'i' } }

该查询是一个 JSON 对象，表示"使用不区分大小写的正则表达式将 itemDescription 属性与搜索字符串   .*${partialDescription}.* 进行匹配"。

假设未出现任何错误，包含与查询匹配的文档的 Cursor 将转换为数组。然后，会将字符串化的 JSON 对象返回给调用者。

findOne() 函数

如果要通过查询查找单个文档，那么可使用 MongoDB 的 findOne() 函数，如清单 6 所示。

清单 6. Items-dao-mongodb 模块中的 findById() 函数

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function findById(id) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        let items = db.collection('items');
        items.findOne({ _id: new mongodb.ObjectID(id) }).then((document) => {
            if (document) {
                resolve({ data: JSON.stringify(document), statusCode: 200});
            } else {
                let message = 'No document matching id: ' + id + ' could be found!';
                logger.error(message, 'findById()');
                reject(message);
            }
        }).catch((err) => {
            logger.error('Error occurred: ' + err.message, 'findById()');
            reject(err);
        });
    });
}

清单 6 中使用的 findOne() 函数将返回一个 Promise。解析后，该 Promise 将返回零个或一个匹配文档。在此例中，如果未找到任何匹配项，那么将拒绝 findById() 返回的 Promise。如果该调用成功并且找到了文档，那么该文档将进行字符串化，并连同 HTTP 状态码 200 一起返回给调用者。

在 MongoDB 中执行创建和更新操作

"购物清单"应用程序提供了用于创建和更新购物清单及购物清单项的函数，因此，转换到 MongoDB 后也必须提供所有这些功能。在后续章节中，我们将了解 MongoDB 如何执行"购物清单"应用程序中的关键数据库操作。

创建新的集合元素

"购物清单"应用程序可以创建新的购物清单。 在 MongoDB 中，lists-dao-mongodb 模块中的 create() 函数将提供此功能。在清单 7 中，将使用 create() 在 shoppingLists 集合中创建新元素。

清单 7. lists-dao-mongodb 模块中的 create() 函数

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01 function create(description) {
02     return new Promise((resolve, reject) => {
03         let lists = db.collection('shoppingLists');
04         let listId = mongodb.ObjectId();
05         let whenCreated = Date.now();
06         let item = {
07             _id: listId,
08             id: listId,
09             description: description,
10             whenCreated: whenCreated,
11             whenUpdated: null
12         };
13         lists.insertOne(item, (err, result) => {
14             if (err) {
15                 logger.error('Error occurred: ' + err.message, 'create()');
16                 reject(err);
17             } else {
18                 resolve({ data: { createdId: result.insertedId }, statusCode: 201 });
19             }
20         });
21     });
22 }

获取对 shoppingLists 集合的引用（第 3 行）并创建新的 MongoDB ObjectId（第 4 行）后，将创建用于表示新购物清单文档的 JSON 对象（第 6-12 行）。然后，对集合调用 insertOne() 函数以插入单条记录（第 13 行）。如果成功，那么将解析 Promise 并将数据返回给调用者（第 18 行）。

设置 _id 属性

假设您想知道 _id 和 id：如果在要插入的文档上未提供 _id 属性，那么 MongoDB 将为您创建一个此类属性。为了向后兼容，我希望所提供的 id 属性与 _id 具有相同的值。在此例中，不能让 MongoDB 自动生成 ID，因为生成的 ID 各不相同，达不到我的要求。我同时提供了这两个属性，并将其设置为相同的值（第 4 行）。

MongoDB 的   $lookup（如同一个连接）

有时，您需要从一个集合中引用另一个集合。

在第 11 单元中，"购物清单"应用程序使用 shopping_list_item 表来简化 shopping_list 与   item 之间的关系。

在此处所示的转换后的应用程序中，shoppingLists 集合中的文档包含数组中属于该文档的 items。

下面是包含两个项（位于包含所含项的 ObjectId 的 items 数组中）的原始购物清单文档：

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{
  "_id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
  "id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
  "description": "My Shopping List",
  "whenCreated": 1533656601372,
  "whenUpdated": null,
  "items": [
    "5b68c8201131e61640f07f5a",
    "5b68c8291131e61640f0831f"
  ]
}

为了将此文档与用于存储 items 的 items 集合相连接，MongoDB 提供了一个名为 aggregate() 的集合函数。此函数允许您创建一个聚合管道，用于处理各阶段中的数据。在每个阶段，都会进一步转换文档。

"购物清单"应用程序使用 findByIdWithAllItems() 函数来执行此连接，并解析购物清单文档中的 ObjectId 以检索所引用的 items 的详细数据。

清单 8. findByIdWithAllItems() 函数

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01 function findByIdWithAllItems(id) {
02     return new Promise((resolve, reject) => {
03         let lists = db.collection('shoppingLists');
04         lists.aggregate([
05             { $unwind: '$items' },
06             { $match: { _id: new mongodb.ObjectID(id) } },
07             { $lookup: { from: 'items', localField: 'items', foreignField: '_id', as: 'items'} }
08         ], (err, cursor) => {
09             if (err) {
10                 logger.error('Error occurred: ' + err.message, 'findById()');
11                 reject(err);
12             } else {
13                 cursor.toArray((err, results) => {
14                     if (err) {
15                         reject(err);
16                     } else {
17                         logger.debug('Raw response: ' + JSON.stringify(results), 'findByIdWithAllItems()');
18                         resolve({ data: JSON.stringify(results), statusCode: (results) ? 200 : 404  });
19                     }
20                 });
21             }
22         });
23     });
24 }

aggregate() 调用（第 4 行）将接受两个参数：

  • 聚合管道阶段的数组（第 5-7 行）。

  • 向其传递 Cursor 的回调函数（第 8 行），可用于处理数据。

管道阶段如下所示：

  • 首先，$unwind 阶段用于将 items   数组中的每个元素与数组所属的购物清单文档的属性进行配对（实际上是对数据进行去标准化）。

  • 然后，$match 阶段过滤 shoppingList 集合中的文档，以仅保留其     ObjectId 与传递给 findByIdWithAllItems() 函数的   id（即购物清单的 ObjectId）相匹配的文档。

  • 最后，$lookup 阶段将 items 集合（由 from 属性指定）与     _id (foreignField) 字段上 items 数组 (localField)   中的每个元素相连接。

将 Cursor 转换为数组后，生成的结果是一个解构数组，如下所示：

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[
  {
    "_id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
    "id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
    "description": "My Shopping List",
    "whenCreated": 1533656601372,
    "whenUpdated": null,
    "items": [
      {
        "_id": "5b68c8201131e61640f07f5a",
        "id": "5b68c8201131e61640f07f5a",
        "upc": "084253240499",
        "itemDescription": "Imagine Broth Free Range Chicken Organic",
        "brandId": "5b68c7e01131e61640f04e41"
      }
    ]
  },
  {
    "_id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
    "id": "5b69be197f7eac7bb476b41d",
    "description": "My Shopping List",
    "whenCreated": 1533656601372,
    "whenUpdated": null,
    "items": [
      {
        "_id": "5b68c8291131e61640f0831f",
        "id": "5b68c8291131e61640f0831f",
        "upc": "858328204491",
        "itemDescription": "Wolfgang Puck Organic Free Range Chicken Soup",
        "brandId": "5b68c7e01131e61640f05476"
      }
    ]
  }
]

现在，调用者具有 items 数组，其中每一项都具有 description、upc 等，并且可在 UI 中显示。

更新集合元素

"购物清单"应用程序可以编辑购物清单，因此系统必须能够更新购物清单文档。MongoDB 的 update() 函数（位于   lists-dao-mongodb 模块中）恰好可以执行这一操作。

清单 9. lists-dao-mongodb 模块中的 update() 函数

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01 function update(id, description) {
02     return new Promise((resolve, reject) => {
03         let lists = db.collection('shoppingLists');
04         lists.updateOne({ _id: new mongodb.ObjectID(id) },
05             { $set: { description: description, whenModified: Date.now() } },
06             (err, result) => {
07                 if (err) {
08                     logger.error('Error occurred: ' + err.message, 'update()');
09                     reject(err);
10                 } else {
11                     resolve({ data: { rowsAffected: result.modifiedCount }, statusCode: 200 });
12                 }
13             }
14         );
15     });
16 }

此方法使用 updateOne() 函数（第 4 行），该函数将接受 3 个参数：

  1. 一个过滤器，用于确定要更新的文档。在此例中为其 _id 与 update() 的 id   参数相匹配的文档。

  2. 要应用的更新运算符（第 5   行）。在此例中为用于告知 MongoDB 要更新哪些字段的 $set 运算符，其用途类似于 SQL UPDATE 语句中的     SET。

  3. 用于处理结果的回调函数（第 6 行）。

如果出现错误，那么将记录 err 对象并拒绝该 Promise。

如果更新成功，那么 result 为 updateWriteOpResult 对象，其 modifiedCount 属性包含已更新的记录数。（注意，为确保购物清单架构的控制器层的向后兼容性，此对象将作为 rowsAffected 属性返回。）

其他操作

DAO 模块还会执行更多操作，这些就留给你们自己去学习和研究。例如 lists-dao-mongodb.js 中的   addItem() 函数。

清单 10. lists-dao-mongodb 模块中的 addItem() 函数

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