施瑩超

摘要：為了解決傳統(tǒng)關系數(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，制定了MongoDB存儲架構(gòu)，并采用當前的主流技術，提出一套行之有效的非關系型數(shù)據(jù)庫設計方案。首先對MongoDB技術進行了詳細的介紹，然后基于數(shù)據(jù)庫連接、創(chuàng)建集合、基本操作實現(xiàn)這3個方面入手，設計了基于MongoDB非關系型數(shù)據(jù)庫，這一數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)為后期相關數(shù)據(jù)庫的設計工作提供了重要的參考依據(jù)。

關鍵詞：?關系型數(shù)據(jù)庫?非關系型數(shù)據(jù)庫??前端界面??總體架構(gòu)

中圖分類號：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，?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)技術的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術為了更好地適應環(huán)境變化，開始不斷創(chuàng)新。傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫無法保障動態(tài)網(wǎng)站的響應速度，因此出現(xiàn)了新型非關系型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)和應用，可以有效地解決海量數(shù)據(jù)多重問題。本文對比基于MongoDB的非關系型數(shù)據(jù)庫與SQLserver數(shù)據(jù)庫的性能，并采用實例分析的方式[1]，全面化分析和研究MongoDB數(shù)據(jù)庫關鍵技術，同時，利用node.計算機圖形圖像處理技術，封裝處理MongoDB數(shù)據(jù)庫，從而凸顯出該數(shù)據(jù)庫在提高動態(tài)網(wǎng)站響應速度的優(yōu)勢。所以，在MongoDB技術的背景下，設計科學的非關系型數(shù)據(jù)庫是技術人員需要思考的內(nèi)容。

1?MongoDB技術

• 數(shù)據(jù)庫介紹

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

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

以上兩種數(shù)據(jù)庫區(qū)別如下。

（1）存儲結(jié)構(gòu)。MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫在具體構(gòu)建時，需要在參照數(shù)據(jù)庫、表、記錄3個層次結(jié)構(gòu)的基礎上，采用表格的方式，對所需數(shù)據(jù)進行存儲；MongoDB數(shù)據(jù)庫在具體構(gòu)建時，需要參照數(shù)據(jù)庫、集合、文檔對象結(jié)構(gòu)，在此基礎上采用鍵值對方式，存儲相關的數(shù)據(jù)。（2）成本。MongoDB具有易部署、成本低等特點，該數(shù)據(jù)庫屬于典型的開源軟件，無需像MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫那樣花費較高成本。（3）查詢速度。MongoDB數(shù)據(jù)庫在具體應用中，需要將所需數(shù)據(jù)直接存儲到緩存空間中，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)直接存儲到硬盤中，因此，其查詢速度相對較低，遠遠低于MongoDB數(shù)據(jù)庫。

• MongoDB簡介

MongoDB作為一種非關系型數(shù)據(jù)庫，主要是在參照分布式文件存儲原理提出的，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)進行實時插入、查詢與更新等[3]。MongoDB具有容易操作、維護方便、容易存儲等優(yōu)勢，并且還可以將存儲的數(shù)據(jù)直接復制。MongoDB作為一種非關系型數(shù)據(jù)庫，與關系型數(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)包括多個關聯(lián)值、鍵等。集合與關系型數(shù)據(jù)庫中的表非常相似，所以采用分類存儲，在相應集合中應用文檔存儲。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)庫的層次關系，單個數(shù)據(jù)庫管理軟件內(nèi)部中擁有多個集合，而集合主要是指數(shù)據(jù)庫中同種類型的數(shù)據(jù)，單個集合內(nèi)含有若干個文檔，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)所對應的屬性名稱。在本次設計時，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非關系型數(shù)據(jù)庫設計實現(xiàn)

本文以“旅游類的電子導游項目”為實例項目，主要運用管理員、消息、新聞等多個數(shù)據(jù)庫模型。為保證該項目用戶登錄功能實現(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計以及如圖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)庫實現(xiàn)相關操作。

2.1數(shù)據(jù)庫需求分析

在設計和實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的過程中，理解并滿足用戶需求是至關重要的。為了實現(xiàn)這一目標，我們可以將需求分析過程劃分為兩個主要的操作步驟，這兩個步驟緊密相連，共同構(gòu)成了用戶與數(shù)據(jù)庫交互的核心。首先，用戶對本地數(shù)據(jù)進行瀏覽與管理，并通過Excel文件將文件批量導入，也可以直接在MongoDB數(shù)據(jù)庫中導入序列文件。這種直接導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)進行查找與瀏覽后，下載序列文件。通過細致地分析和設計數(shù)據(jù)庫的用戶操作流程，創(chuàng)建一個既滿足用戶需求，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

在進行數(shù)據(jù)庫連接時，首先，使用require語句，完成對所需模塊的加載，在此基礎上，創(chuàng)建所需要的數(shù)據(jù)庫；其次，運用connect語句，確保各個數(shù)據(jù)庫之間建立良好的連接關系，connect語句中的url主要用于對服務器地址的指定。

2.3創(chuàng)建集合

當數(shù)據(jù)庫連接完畢后，需要做好對集合規(guī)則和集合的設定和創(chuàng)建，集合創(chuàng)建主要包含以下兩個環(huán)節(jié)：（1）采用schema定義的方式，對集合規(guī)定進行科學設定，并對整個集合中存在的字段類型進行精確化描述，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，主要運用model方法。在model函數(shù)中，主要運用集合名稱、集合規(guī)則兩個參數(shù)。運用Model方法，對于構(gòu)造函數(shù)實施返回處理，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)建首先需要創(chuàng)建集合實例。其次，結(jié)合實例對象，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)設計

該系統(tǒng)整合了網(wǎng)絡、服務器、存儲等構(gòu)成虛擬化資源池，基于應用系統(tǒng)的需要，靈活分配物理資源，提高資源利用率。同時，利用資源池動態(tài)可伸縮的特點，部署在分布式應用系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)層采用MongoDB，可以確保整體功能的負載均衡。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基本操作的實現(xiàn)

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

另外，以“數(shù)據(jù)庫信息增加”為實例，演示運用代碼添加數(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，本文所設計的MongoDB非關系型數(shù)據(jù)庫具有成本低、易操作、寫入便捷高效等特點。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，會嚴重影響旅游數(shù)據(jù)查詢速度；（2）該數(shù)據(jù)庫在刪除記錄數(shù)據(jù)后，不能立即釋放存儲空間，導致空間占用率相對較高。為解決該數(shù)據(jù)庫存在的弊端，技術人員要合理優(yōu)化設計非關系型數(shù)據(jù)庫。

參考文獻

[1] 宋瑜輝，張俠，艾琳，等.基于Mongodb的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲設計[J].電子制作，2020（19）：64-67.

[2] 劉江濤，王亮亮，崔夏陽，等.基于Node.js和MongoDB的鐵路選線案例系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].鐵路計算機應用，2021，30（9）：42-46.

[3] 彭燦華，韋曉敏.基于MongoDB的艦橋SCADA系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[J].艦船科學技術，2020，42（22）：163-165.

[4] 鄔學敏，高靜.基于MongoDB蒙古高原家畜基因組大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].軟件，2022，43（12）：4-8，14.

[5] 李鑫.基于MongoDB數(shù)據(jù)庫的智能醫(yī)療分布式數(shù)據(jù)提取算法[J].微型電腦應用，2022，38（1）：150-153，163.