Node.js: MongoDB 入门

Q: ObjectId 是什么？

ObjectId 是 MongoDB 自动生成的 12 字节唯一标识，前 4 字节是时间戳，可通过 id.getTimestamp() 获取创建时间，无需额外字段。

Q: 如何处理连接失败？

设置 serverSelectionTimeoutMS 限制等待时间，在 catch 中记录日志并优雅降级；生产环境建议配合重试机制和健康检查。

Q: 投影中 1 和 0 能混用吗？

除 _id 外不能混用——要么全部用 1 包含指定字段，要么全部用 0 排除指定字段； _id 默认返回，可单独设为 0 排除。

最后更新：2026-08-26

1. 1 为什么选择 MongoDB

Alice 的电商 API 面临一个棘手问题：不同品类的产品属性差异巨大——笔记本电脑有 CPU 和内存字段，服装有尺码和颜色字段，食品有保质期字段。如果用关系型数据库，每次新增品类都要改表结构。MongoDB 的文档模型天然支持不同结构的记录，每个产品文档可以有完全不同的字段，无需任何 Schema 迁移。

MongoDB 是文档型数据库，数据以 BSON 格式存储，类似 JSON 但支持更多类型
文档模型天然适配 Node.js 的对象模型，减少 ORM 转换开销
无固定 Schema，字段可随业务演进动态增减
水平扩展能力强，适合高并发读写场景
丰富的查询操作符和索引机制，满足复杂检索需求

SQL 概念	MongoDB 概念	说明
Database	Database	数据库，概念一致
Table	Collection	表→集合
Row	Document	行→文档
Column	Field	列→字段
Primary Key	`_id` (ObjectId)	主键自动生成
JOIN	`$lookup` (聚合)	关联查询方式不同
Schema	无强制 Schema	可选 Validation Rule
Index	Index	索引机制相似

2. 2 安装与连接

(1) 安装 MongoDB 驱动

使用官方 mongodb npm 包连接 MongoDB 服务器。

▶ 示例：安装驱动

BASH

npm install mongodb

(2) 创建客户端连接

MongoClient 是连接 MongoDB 的入口，通过连接字符串指定地址和选项。

▶ 示例：基本连接

JAVASCRIPT

const { MongoClient } = require('mongodb');

const uri = 'mongodb://localhost:27017';
const client = new MongoClient(uri);

async function connect() {
  try {
    await client.connect();
    console.log('Connected to MongoDB');
    const db = client.db('myapp');
    return db;
  } catch (err) {
    console.error('Connection failed:', err.message);
    process.exit(1);
  }
}

▶ 试一试

(3) 连接池与配置选项

MongoClient 内置连接池，通过选项控制池大小和行为。

▶ 示例：带连接池配置的连接

JAVASCRIPT

const client = new MongoClient(uri, {
  maxPoolSize: 10,
  minPoolSize: 2,
  maxIdleTimeMS: 30000,
  serverSelectionTimeoutMS: 5000,
  connectTimeoutMS: 10000,
});

▶ 试一试

配置选项	默认值	说明
`maxPoolSize`	100	连接池最大连接数
`minPoolSize`	0	连接池最小连接数
`maxIdleTimeMS`	0	空闲连接超时（0=不超时）
`serverSelectionTimeoutMS`	30000	服务器选择超时
`connectTimeoutMS`	30000	连接建立超时
`socketTimeoutMS`	0	Socket 超时
`retryWrites`	true	自动重试写入操作

(4) 优雅关闭连接

应用退出时必须关闭连接，释放资源。

▶ 示例：优雅关闭

JAVASCRIPT

process.on('SIGINT', async () => {
  await client.close();
  console.log('MongoDB connection closed');
  process.exit(0);
});

▶ 试一试

3. 3 CRUD 操作

(1) 插入文档

使用 insertOne 插入单条文档，insertMany 批量插入。

▶ 示例：插入产品文档

JAVASCRIPT

const products = db.collection('products');

const result = await products.insertOne({
  name: 'Mechanical Keyboard',
  price: 89.99,
  category: 'electronics',
  specs: { switches: 'Cherry MX Blue', layout: 'ANSI' },
  createdAt: new Date(),
});

console.log('Inserted ID:', result.insertedId);

▶ 试一试

(2) 查询文档

find 返回游标，findOne 返回单条文档。

▶ 示例：查询产品

JAVASCRIPT

const product = await products.findOne({ category: 'electronics' });
console.log(product);

const cursor = products.find({ price: { $gt: 50 } });
const expensive = await cursor.toArray();
console.log(`${expensive.length} products found`);

▶ 试一试

(3) 更新文档

updateOne 更新匹配的第一条，updateMany 更新所有匹配。

▶ 示例：更新产品价格

JAVASCRIPT

const updateResult = await products.updateOne(
  { name: 'Mechanical Keyboard' },
  { $set: { price: 79.99, updatedAt: new Date() } },
);

console.log('Modified count:', updateResult.modifiedCount);

▶ 试一试

(4) 删除文档

deleteOne 删除匹配的第一条，deleteMany 删除所有匹配。

▶ 示例：删除产品

JAVASCRIPT

const deleteResult = await products.deleteOne({
  name: 'Mechanical Keyboard',
});

console.log('Deleted count:', deleteResult.deletedCount);

▶ 试一试

(5) CRUD 方法速查

操作	方法	返回值	说明
插入单条	`insertOne(doc)`	`{insertedId}`	返回自动生成的 ID
插入多条	`insertMany([doc])`	`{insertedIds, insertedCount}`	批量插入
查询单条	`findOne(filter)`	Document or null	返回第一条匹配
查询多条	`find(filter)`	Cursor	需 `toArray()` 或遍历
更新单条	`updateOne(filter, update)`	`{modifiedCount}`	只更新第一条
更新多条	`updateMany(filter, update)`	`{modifiedCount}`	更新所有匹配
删除单条	`deleteOne(filter)`	`{deletedCount}`	删除第一条匹配
删除多条	`deleteMany(filter)`	`{deletedCount}`	删除所有匹配
替换文档	`replaceOne(filter, doc)`	`{modifiedCount}`	整文档替换

4. 4 ObjectId 与查询操作符

(1) ObjectId 机制

每个文档的 _id 默认是 ObjectId 类型，12 字节编码包含时间戳、机器标识和计数器。

▶ 示例：ObjectId 的使用

JAVASCRIPT

const { ObjectId } = require('mongodb');

const id = new ObjectId();
console.log('ID string:', id.toHexString());
console.log('Timestamp:', id.getTimestamp());

const product = await products.findOne({
  _id: new ObjectId('6850a1b2c3d4e5f6a7b8c9d0'),
});

▶ 试一试

(2) 比较操作符

▶ 示例：比较查询

JAVASCRIPT

const expensive = await products.find({ price: { $gt: 100 } }).toArray();
const cheap = await products.find({ price: { $lt: 20 } }).toArray();
const midRange = await products.find({ price: { $gte: 50, $lte: 100 } }).toArray();

▶ 试一试

(3) 逻辑与集合操作符

▶ 示例：$in 和 $or 查询

JAVASCRIPT

const selected = await products.find({
  category: { $in: ['electronics', 'books'] },
}).toArray();

const mixed = await products.find({
  $or: [
    { price: { $lt: 10 } },
    { category: 'electronics' },
  ],
}).toArray();

▶ 试一试

(4) 正则查询

▶ 示例：正则匹配产品名

JAVASCRIPT

const matched = await products.find({
  name: { $regex: /^Mechanical/i },
}).toArray();

▶ 试一试

(5) 查询操作符速查

操作符	语法	说明
`$eq`	`{field: {$eq: val}}`	等于（同 `{field: val}`）
`$gt`	`{field: {$gt: val}}`	大于
`$gte`	`{field: {$gte: val}}`	大于等于
`$lt`	`{field: {$lt: val}}`	小于
`$lte`	`{field: {$lte: val}}`	小于等于
`$ne`	`{field: {$ne: val}}`	不等于
`$in`	`{field: {$in: [v1,v2]}}`	在数组内
`$nin`	`{field: {$nin: [v1,v2]}}`	不在数组内
`$or`	`{$or: [{...},{...}]}`	或条件
`$and`	`{$and: [{...},{...}]}`	与条件
`$not`	`{field: {$not: {...}}}`	取反
`$regex`	`{field: {$regex: 'pattern'}}`	正则匹配
`$exists`	`{field: {$exists: true}}`	字段是否存在

5. 5 投影与排序

(1) 投影控制返回字段

投影指定返回或排除哪些字段，减少网络传输。

▶ 示例：投影查询

JAVASCRIPT

const names = await products.find(
  {},
  { projection: { name: 1, price: 1, _id: 0 } },
).toArray();

const withoutSpecs = await products.find(
  {},
  { projection: { specs: 0, createdAt: 0 } },
).toArray();

▶ 试一试

(2) 排序与分页

sort 排序，skip 和 limit 实现分页。

▶ 示例：排序与分页

JAVASCRIPT

const page = 2;
const pageSize = 10;

const sorted = await products.find({})
  .sort({ price: -1, name: 1 })
  .skip((page - 1) * pageSize)
  .limit(pageSize)
  .toArray();

▶ 试一试

1 表示升序，-1 表示降序
多字段排序按声明顺序依次生效
skip 过多时性能差，大数据量建议用范围查询替代

6. 6 索引基础

(1) 创建索引

索引加速查询，但增加写入开销和存储空间。

▶ 示例：创建索引

JAVASCRIPT

await products.createIndex({ name: 1 });
await products.createIndex({ category: 1, price: -1 });
await products.createIndex({ name: 'text' });

const indexes = await products.indexes();
console.log(indexes);

▶ 试一试

(2) 唯一索引与复合索引

▶ 示例：唯一索引

JAVASCRIPT

await products.createIndex({ sku: 1 }, { unique: true });

▶ 试一试

MongoDB 自动为 _id 创建唯一索引
复合索引遵循最左前缀原则
文本索引支持全文检索，每个集合仅一个

7. 7 MongoDB 连接与操作流程

flowchart TD
    A[应用启动] --> B[创建 MongoClient]
    B --> C[client.connect]
    C -->|成功| D[获取 db 实例]
    C -->|失败| E[错误处理/重试]
    E --> C
    D --> F[获取 collection]
    F --> G{CRUD 操作}
    G -->|写入| H[insertOne / insertMany]
    G -->|读取| I[find / findOne]
    G -->|更新| J[updateOne / updateMany]
    G -->|删除| K[deleteOne / deleteMany]
    H --> L[返回 insertedId]
    I --> M[返回文档/游标]
    J --> N[返回 modifiedCount]
    K --> O[返回 deletedCount]
    L --> P{继续操作?}
    M --> P
    N --> P
    O --> P
    P -->|是| G
    P -->|否| Q[client.close]
    Q --> R[应用退出]

8. 8 综合示例：产品管理数据访问层

JAVASCRIPT

const { MongoClient, ObjectId } = require('mongodb');

class ProductRepository {
  constructor(uri, dbName) {
    this.client = new MongoClient(uri, {
      maxPoolSize: 10,
      serverSelectionTimeoutMS: 5000,
    });
    this.dbName = dbName;
    this.collection = null;
  }

  async connect() {
    await this.client.connect();
    const db = this.client.db(this.dbName);
    this.collection = db.collection('products');
    await this.collection.createIndex({ name: 1 });
    await this.collection.createIndex({ category: 1, price: -1 });
    console.log('ProductRepository connected');
  }

  async create(productData) {
    const doc = {
      ...productData,
      createdAt: new Date(),
      updatedAt: new Date(),
    };
    const result = await this.collection.insertOne(doc);
    return { ...doc, _id: result.insertedId };
  }

  async findById(id) {
    return await this.collection.findOne({
      _id: new ObjectId(id),
    });
  }

  async findByCategory(category, page = 1, pageSize = 10) {
    const skip = (page - 1) * pageSize;
    const [items, total] = await Promise.all([
      this.collection.find({ category })
        .sort({ price: -1 })
        .skip(skip)
        .limit(pageSize)
        .project({ name: 1, price: 1, category: 1 })
        .toArray(),
      this.collection.countDocuments({ category }),
    ]);
    return { items, total, page, pageSize };
  }

  async update(id, updates) {
    const result = await this.collection.updateOne(
      { _id: new ObjectId(id) },
      { $set: { ...updates, updatedAt: new Date() } },
    );
    return result.modifiedCount > 0;
  }

  async delete(id) {
    const result = await this.collection.deleteOne({
      _id: new ObjectId(id),
    });
    return result.deletedCount > 0;
  }

  async disconnect() {
    await this.client.close();
    console.log('ProductRepository disconnected');
  }
}

async function main() {
  const repo = new ProductRepository(
    'mongodb://localhost:27017',
    'ecommerce',
  );
  try {
    await repo.connect();
    const created = await repo.create({
      name: 'Wireless Mouse',
      price: 29.99,
      category: 'electronics',
      specs: { dpi: 16000, buttons: 6 },
    });
    console.log('Created:', created._id);
    const found = await repo.findById(created._id);
    console.log('Found:', found.name);
    await repo.update(created._id, { price: 24.99 });
    const page = await repo.findByCategory('electronics', 1, 10);
    console.log('Page items:', page.items.length);
    await repo.delete(created._id);
    console.log('Deleted');
  } finally {
    await repo.disconnect();
  }
}

main().catch(console.error);

❓ 常见问题

Q 为什么用 MongoDB 不用 MySQL？

A 当数据结构频繁变化、字段不固定时，MongoDB 的文档模型无需改表即可适应；如果业务涉及大量事务和复杂关联，MySQL 更合适。

Q ObjectId 是什么？

A ObjectId 是 MongoDB 自动生成的 12 字节唯一标识，前 4 字节是时间戳，可通过 id.getTimestamp() 获取创建时间，无需额外字段。

Q 连接池大小怎么设？

A 一般设为 CPU 核心数的 5-10 倍（maxPoolSize），I/O 密集型可适当增大；minPoolSize 设为 2-5 避免冷启动延迟。

Q 如何处理连接失败？

A 设置 serverSelectionTimeoutMS 限制等待时间，在 catch 中记录日志并优雅降级；生产环境建议配合重试机制和健康检查。

Q MongoDB 适合什么场景？

A 适合内容管理、日志分析、IoT 数据、商品目录等 Schema 灵活、读写频繁的场景；不适合强事务一致性要求的金融核心系统。

Q 投影中 1 和 0 能混用吗？

A 除 _id 外不能混用——要么全部用 1 包含指定字段，要么全部用 0 排除指定字段；_id 默认返回，可单独设为 0 排除。

9. 10 练习

编写脚本连接本地 MongoDB，插入 5 条不同品类的产品文档，每条至少包含 3 个不同字段
实现按价格区间查询（$gte/$lte）并按价格降序排序，仅返回 name 和 price 字段
使用 $in 和 $regex 组合查询：category 在指定列表内且 name 包含某个关键词的产品
为常用查询字段创建复合索引，使用 explain() 比较索引前后的执行计划差异
封装一个通用的分页查询函数，接受 filter/projection/sort/page/pageSize 参数

📖 小节

1 为什么选择 MongoDB的核心概念与使用方法
2 安装与连接的核心概念与使用方法
3 CRUD 操作的核心概念与使用方法
4 ObjectId 与查询操作符的核心概念与使用方法
5 投影与排序的核心概念与使用方法
6 索引基础的核心概念与使用方法
7 MongoDB 连接与操作流程的核心概念与使用方法
8 综合示例：产品管理数据访问层的核心概念与使用方法

📝 作业

完成本课所有代码示例，确保每个示例都能正确运行
修改综合示例，添加自己的扩展功能
查阅官方文档，找出本课未涉及的1-2个API并编写测试代码
思考：在实际项目中，你会如何应用本课学到的知识？
尝试将本课知识与前面课程的内容结合，构建一个小项目

Web-Tutorial 技术团队

由多位开发者共同维护的编程教程平台。每篇教程由对应领域的开发者编写和审核，确保内容准确可靠。如发现任何问题，欢迎向我们反馈。

关于我们

Node.js: MongoDB 入门

1. 1 为什么选择 MongoDB

2. 2 安装与连接

(1) 安装 MongoDB 驱动

▶ 示例：安装驱动

(2) 创建客户端连接

▶ 示例：基本连接

(3) 连接池与配置选项

▶ 示例：带连接池配置的连接

(4) 优雅关闭连接

▶ 示例：优雅关闭

3. 3 CRUD 操作

(1) 插入文档

▶ 示例：插入产品文档

(2) 查询文档

▶ 示例：查询产品

(3) 更新文档

▶ 示例：更新产品价格

(4) 删除文档

▶ 示例：删除产品

(5) CRUD 方法速查

4. 4 ObjectId 与查询操作符

(1) ObjectId 机制

▶ 示例：ObjectId 的使用

(2) 比较操作符

▶ 示例：比较查询

(3) 逻辑与集合操作符

▶ 示例：$in 和 $or 查询

(4) 正则查询

▶ 示例：正则匹配产品名

(5) 查询操作符速查

5. 5 投影与排序

(1) 投影控制返回字段

▶ 示例：投影查询

(2) 排序与分页

▶ 示例：排序与分页

6. 6 索引基础

(1) 创建索引

▶ 示例：创建索引

(2) 唯一索引与复合索引

▶ 示例：唯一索引

7. 7 MongoDB 连接与操作流程

8. 8 综合示例：产品管理数据访问层

❓ 常见问题

9. 10 练习

📖 小节

📝 作业

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