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Microsoft Windows Nodejs NPM plugins MongoDB

使用 Node.js 串接 MongoDB (含CRUD)

資料庫的連結對於網頁是不可或缺的，無論是 MongoDB 或是 Django，這種 NoSQL 的資料庫構建套件都十分的受程式設計師的歡迎，由於其不用再去學 SQL 格外的構築語法，NoSQL 就成為了廣為人知的開源資料庫，最近專案正好使用到 MongoDB，本篇來介紹一下 MongoDB、MongoDB 的安裝方式，以及使用 Node.js 串接 MongoDB 的 CRUD。

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資料庫的連結對於網頁是不可或缺的，無論是 MongoDB 或是 Django，這種 NoSQL 的資料庫構建套件都十分的受程式設計師的歡迎，由於其不用再去學 SQL 格外的構築語法，NoSQL 就成為了廣為人知的開源資料庫，最近專案正好使用到 MongoDB，本篇來介紹一下 MongoDB、MongoDB 的安裝方式，以及使用 Node.js 串接 MongoDB 的 CRUD。

MongoDB 資料庫簡介

MongoDB

MongoDB 是什麼？

MongoDB 是一種文件導向資料庫管理系統，由 C++ 撰寫而成，是一個以分散式檔案儲存為基礎的資料庫，旨在 Web 應用提供可擴充的高性能資料儲存解決方案。

  1. 它是 10gen 開發的 NoSQL (Not only SQL - 不只有 SQL)。
  2. 不是關聯式資料庫，沒有 Schema。
  3. 它是用來處理巨量資料的資料庫，這個資料庫是以文件導向儲存(Document Oriented Storage)的資料庫，以 key:value 表示，儲存格式與 JSON 完全一樣。
  4. 簡潔的文件模型。
  5. 容易水平擴展。
  6. 三層式的結構：
  • 資料庫(Database)
  • 集合(Collection)
  • 文件(Document)

MongoDB 的層級架構

MongoDB 世界的層級觀念，分別由大而小：

Database (資料庫)： 資料庫，儲存所有「表」跟資料的地方，在一個 MongoDB 伺服器中通常會有一至多個 Database，通常將不同的應用放在不同 database 中。
Collection (集合)： 就是資料表，概念好比關聯式資料庫的 Table。通常一個 databse 中會有數個 collection。
Document (文件)： 就是一筆資料，概念就如同關聯式資料庫的 Row。通常一個 collection 中會有數筆 document。也因此我們稱 MongoDB 是 document database。

MongoDB 資料 v.s. 關聯式資料庫

關聯式資料庫(RDBMS)MongoDB
DatabaseDatabase
TableCollection
Tuple/RowDocument
ColumnField
Table JoinEmbedded Documents
Primary KeyPrimary Key (如果沒有設定，mongodb會自動給予 預設主鍵值 _id 欄位)

BSON？

BSON 就是 JSON 格式的 key-value 組合，採用 JSON 的二進位表示。

MongoDB 在儲存資料時，都必須採用 BSON 格式做處理。

使用 BSON 的優點包含：

  • 在空間儲存上較有效率
  • 有更多 type（資料格式） 可以使用：如 ObjectId、Regular Expression、Timestamp 等，都是 BSON 支援的格式

我們以網站結構範例來示範：

  • 會員資料
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{
  "email": "[email protected]",
  "password": "54875487"
},
{
  "email": "[email protected]",
  "password": "54875487"
},
...

因為 MongoDB 的 schemeless 特性，當我們突然想為其中一個 user 紀錄手機，只需要在那個 user 的 document 中加入「手機」這個新欄位就行，其他 user 完全不受影響。

  • 會員資料
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{
  "email": "[email protected]",
  "password": "54875487"
},
{
  "email": "[email protected]",
  "password": "54875487",
  "phone": "0912345678"
},
...

實際上 BSON 支援的 type 有很多，這邊我們再舉一個包含多種 type 的 document 當作範例：

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{
  "_id": ObjectId("5099803df3f4948bd2f98391"), // _id 屬性是 ObjectId，常作為主鍵
  "name": { "first": "Alan", "last": "Turing" }, // name 屬性是 object
  "email": "[email protected]",
  "password": "54875487",
  "phone": "0912345678",
  "birth": new Date('Jun 23, 1912'), // bitrh 屬性是日期
  "death": new Date('Jun 07, 1954'),
  "contribs": [ "Turing machine", "Turing test", "Turingery" ],
  "views": NumberLong(1250000)
}

在 Windows 上安裝 MongoDB

在安裝前，我們先來確認 Windows 版本。

在終端機輸入，並執行：

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wmic os get osarchitecture

> OSArchitecture
> 64-bit # 顯示出所用的 OS 是哪一種結構。

接著，我們去 MongoDB Downlad Center 下載所需套件：

下載後，可以參考 Install on Windows 我們就依此文件，做以下的操作：

安裝流程

  1. Step 1.

  1. Step 2.

  1. Step 3. 可以選 Custom 安裝，這裡就可以設定安裝的路徑。

  1. Step 4. 系統預設是安裝在 C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\ 那我們這裡就依照官方的，不改。

  1. Step 5.

  1. Step6. 完成

Bonus(一)： 下載 mongosh.exe

前往安裝目錄下 /bin 目錄中，會發現沒有 mongo.exe 檔案，原因在於：MongoDB 6.0 以後做出了重大改變，已經不再預設為你安裝 shell 工具，因此需要安裝一個額外的 shell：Install mongosh – MongoDB Shell，這個工具被稱為 mongosh。

前往頁面下載 mongosh.exe，下載後將解壓縮出來的 bin 資料夾內的檔案，複製到安裝目錄下 /bin 目錄中。

直接點擊 mongosh.exe 即可進入 MongoDB shell 界面。

Bonus(二)： “mongo” 不是內部或外部命令

要執行 MongoDB Shell，還需要回到 /bin 目錄底下，無法在任意地方執行 MongoDB Shell，原因：環境變數未設定。

設定步驟：

  1. “開始"選單點選右鍵 -> 系統 -> 進階系統設定。

  2. 點選"進階” -> 環境變數。

  1. 系統變數的 Path，點擊"編輯"。

  2. 將 C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\bin 加入原本字串後方！

(新版的 Windows，C:\... 前面可以不用加分號 ;C:\...)

  1. 確定後即可在任意地方，啟動你的 MongoDB、MongoDB Shell。

Bonus(三)： 移除 MongoDB 服務

有安裝服務，就也有移除服務，如果你決定要移除 MongoDB 服務，可以在終端機執行：

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"C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\bin\mongod.exe" --remove
# or
# mongod --remove

執行啟動 MongoDB

MongoDB 預設資料庫存放位置是 ${安裝目錄}\data\db，所以我們可以建立這樣的資料庫路徑：

在 C:\ 以 Command pormpt 執行：

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mkdir \MongoDB\data\mydb

接著執行：

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cd "C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\bin"

目前，我們位在 C:\Program Files\MongoDB\Server\6.0\bin >

輸入：

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mongod --dbpath c:\MongoDB\data\db

啟動同時，指定資料庫存放位置！

接著，出現像這樣的畫面，表示 MongoDB 已經正常啟動了！

你就可以開始使用了！

可以參考一些文件 Getting Started 來做測試。

Note： 關於資料庫存放位置，其實可以自己設定好一個資料夾位置，指定過去就好囉！不限於一定得在 \data\db 之下！

使用 MongoDB Shell

連線資料庫

資料庫啟動以後，我們開啟另一個終端機執行：

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mongosh
# .exe 可以不用

啟動 MongoDB Shell 環境，當我們看到如圖畫面，代表連線 MongoDB 成功：

查看與使用資料庫

我們可以做一些簡單的查詢，比方 show dbs 可以看到底下有哪些資料庫。

要使用資料庫 TestDB，可以用 use TestDB

如圖：

關閉資料庫

  • 離開 MongoDB Shell，使用 exit
  • 關閉 MongoDB 服務、關閉資料庫、中斷連線，在 admin 資料庫下，使用 db.shutdownServer()

觀看指令資料庫裡面的集合

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show collections

新增一筆資料 inserOne

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db.rooms.insertOne(
  { name: "單人房", price: 1000, rating: 4.5 }
)

新增多筆資料 insertMany

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db.rooms.insertMany(
  [
    { name: "豪華單人房", price: 1500, rating: 4.3 },
    { name: "雙人房", price: 2000, rating: 4.8 },
  ]
)

尋找集合裡面的資料

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db.collections.find()
  • 一般搜尋：
    • db.<集合名稱>.find()
    • 尋找對應屬性：db.collections.find({屬性名稱:屬性值})
    • 模糊搜尋：db.rooms.find({"name":/雙/})
    • 數值區間：db.collections.find({屬性名稱:{$lte:400}})
    • 複合條件：db.collections.find({屬性名稱:{$lte:400},rating:{$gte:4.8}})
  • 常用語法：
    • project 保護欄位：db.rooms.find({"name":/雙/},{"_id":0})
    • 搜尋陣列裡面的值：db.rooms.find({"payment":{$in:["信用卡"]}}
運算子說明
$eq等於
$gt大於
$lt小於
$gte大於等於
$lte小於等於
$in存在某個值
$nin不存在某個值
or或
and與

舉個例子：

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db.rooms.find( 
  { $and:
    [
      { price: { $lte:1500 } },
      { rating: { $gte:4.5 } }
    ] 
  } 
)

修改(updateOne)

updateOne

replaceOne() 只能替換整個文件；updateOne() 允許更新欄位。

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db.rooms.updateOne(
  {
    "_id": ObjectId("621edf99a20aa7506a116f9a")
  },
  {
    $set: { name: "修改雙人房" }
  }
)

修改多個值

修改多個值 updateMany(filter 篩選 > $set 更換設定)

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db.rooms.updateMany(
  { rating: { $gt:4.5 } },
  { $set: { price:300 } }
)

替換整個文檔：replaceOne、replaceMany

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db.collection.replaceOne(filter, replacement, options)

-- 舉個例子：
db.rooms.replaceOne(
  { "_id": ObjectId("621edf99a20aa7506a116f9a") },
  { name: "yes~" }
)

刪除多個文件：deleteMany(filter)

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db.rooms.deleteMany(
  { rating: { $gte:4.3 } }
)

資料集結購

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[
  {
    "rating": 4.5,
    "price": 1000,
    "name": "標準單人房",
    "payment": ["信用卡","ATM"]
  },
  {
    "rating": 4.3,
    "price": 1500,
    "name": "豪華單人房",
    "payment": ["信用卡","ATM"]
  },
  {
    "rating": 4.8,
    "price": 2000,
    "name": "標準雙人房",
    "payment": ["信用卡","ATM"]
  },
  {
    "rating": 4.7,
    "price": 2500,
    "name": "豪華雙人房",
    "payment": ["ATM"]
  },
  {
    "rating": 4.0,
    "price": 3000,
    "name": "標準四人房",
    "payment": ["現金"]
  },
  {
    "rating": 3.5,
    "price": 10000,
    "name": "總統套房",
    "payment": ["現金"]
  }
]

查詢指令使用，好用的 help

配置 MongoDB 服務

如果，我們想要將操作 MongoDB 的記錄，寫進 log 裡。

我們先建立一個放置 log 的資料夾，為了有規律的放置檔案：

  • C:\MongoDB\data\db 放置 database
  • C:\MongoDB\data\log 放置 log

所以，建立一個資料夾 log

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# 於 C:\MongoDB\data 下
mkdir log

接著，我們要建立一個 config 檔案，它是 MongoDB 的配置檔，內容可以配置 db 路徑(storage.dbPath)及 log 寫入檔案(systemLog.path)。

C:\MongoDB\data\log\mongod.cfg
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storage:
  dbPath: C:\MongoDB\data
  journal:
    enabled: true
 
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: C:\MongoDB\data\log\mongod.log
 
net:
  port: 27017
  bindIp: 127.0.0.1

接著，我們以系統管理員身份啟動終端機

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# 安裝設定(cfg 檔位置必須為絕對路徑，否則會報錯)
mongod --config "C:\MongoDB\data\log\mongod.cfg" --install

接著，我們就可以直接在任意位置，以簡單的方式，啟用服務，而不用每次啟動，都要指向資料庫位置。

不再用 mongod –dbpath C:\MongoDB\data\db 這一長串東西。

啟用服務：

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net start MongoDB

停用服務：

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net stop MongoDB

如圖：

每執行服務，都會寫一次 log 檔，在我們當初配置的資料夾。

以上，我們已經完成了 MongoDB 的安裝與執行，再來說明使用 Node.js 串接 MongoDB 做 CRUD。

Node.js 串接 MongoDB 做 CRUD

這邊先著重 Node.js 概括的學習，閒有餘力，再深入 MongoDB。

關於 MongoDB 比較基礎且重要的，可以先參考：

MongoDB CRUD Operations

它裡面教你如何在 MongoDB 裡新增、讀取、更新、刪除的基本資料操作。

這邊我直接參考 access-mongodb-in-nodejs 完成此篇這一系列的 Node.js 學習。

那我們開始吧！

NPM 安裝 MongoDB driver

我們需要安裝 mongodb-driver，在終端機輸入：

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npm install mongodb -g
cd myapp
npm install mongodb --save

我們打開 package.json 看，安裝了 mongodb: "5.0.0" (注意，這裡安裝的是 driver，不是 MongoDB 喔！)

啟動 MongoDB Server

接著，我們要啟動我們的 MongoDB Server，可在終端機輸入：

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# 也可以直接在 myapp 裡建一個測試的數據資料庫存放位置
mkdir testdb
mongod --dbpath c:\myapp\testdb

或是，如果已經設定好 config 的 MongoDB service，那就直接使用：

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net start mongodb

註：這邊可能要用系統管理員身份執行終端機才可以正確執行！

Node.js 連接 MongoDB

mockserver.js
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let MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
 
// Connect to the db
MongoClient.connect("mongodb://localhost:27017/mymondb", function(err, db) {
  if(err) throw err;
  // Write databse Insert/Update/Query code here..
  console.log('mongodb is running!');
  db.close(); // 關閉連線
});

這個例子裡，我們載入 MongoDB module，並且使用 MongoClient 物件。

接著，使用 MongoClient.connect() 方法，以取得 MongoDB 資料庫的引用。

其中，URL 的部份，"mongodb://localhost:27017/mymondb"，指向你之前指定的 MongoDB 資料夾位置 C:\myapp\testdb。

connect() 方法，會回應一個 database 參考 ，如果所描述的 database (這裡的例子叫做 mymondb) 存在，就連線；無就自動新增。

我們來看看，以上例子，如果有成功連線時的執行結果：

當我們建立了 Node.js 與 MongoDB 連線後，可以使用 connect() 裡的回呼函式其 DB 參數，開始做一些新增Insert(Create)、更新Update、查詢Query(Retrieve/Read)、刪除Delete 資料的動作。

新增(Insert/Create)資料

現在，我們來為我們的資料庫新增一些資料。

moncreate.js
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let MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
 
MongoClient.connect("mongodb://localhost:27017/mymondb", function(err, db) {
 
  if(err) throw err;
  //Write databse Insert/Update/Query code here..

  db.collection('Persons',function(err, collection) {
    collection.insert({ id:1, firstName:'Steve', lastName:'Jobs' });
    collection.insert({ id:2, firstName:'Bill', lastName:'Gates' });
    collection.insert({ id:3, firstName:'James', lastName:'Bond' });

    collection.count(function(err, count) {
      if(err) throw err;
      console.log('Total Rows:' + count);
    });
  });
  db.close(); // 關閉連線
});

在這個例子中，我們用 db.collection 方法去新增並且獲取 collections 的一些資訊，如總筆數。

別忘了，在介紹 MongoDB 與關聯式資料庫的關係時，我們知道 collection 其實就是 table。

而這個例子裡，我們在 mymondb 資料庫 建立了一個 Persons - collection(資料表)，並且，為這 Persons 資料表新增了 3 筆資料，我們在這裡叫 documents (列)。

結果如圖：

我們也可以使用 Mongo Shell，查詢：

更新(Update)資料

做完了新增，如果我們想要更新其中 id == 1 的資料。

monupdate.js
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let MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
 
MongoClient.connect("mongodb://localhost:27017/mymondb", function(err, db) {
  db.collection('Persons',function(err, collection) {
    // collection.update
    // 第一個參數是要更新的條件
    // 第二個參數 $set:更新的欄位及內容
    // 第三個參數 writeConcern
    // 第四個參數執行 update 後的 callback 函式
    collection.update(
      { id: 1 },
      { $set: { firstName: 'James', lastName: 'Gosling'} },
      { w: 1 },
      function(err, result) {
        if(err) throw err;
        console.log('Document Updated Successfully');
      }
    );
  });
  db.close(); // 關閉連線
});

我們在終端機執行 node，並且在 Mongo Shell 可以看到更新前與更新後的資料，如圖：

關於第三個參數 - writeConcern

這個網站有詳細說明，可以去參考看看，我們這裡使用，常用的 {w:1} 即可，不用也沒差！

刪除(Delete)資料

現在，我們想要刪除 id == 2 的 Document(Row)。

mondelete.js
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let MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
 
MongoClient.connect("mongodb://localhost:27017/mymondb",function(err, db) {
  db.collection('Persons', function(err, collection) {
    collection.remove(
      { id: 2 },
      { w: 1 },
      function(err, result) {
        if(err) throw err;
        console.log('Document Removed Successfully!');
      }
    );
  });
  db.close(); // 關閉連線
});

我們在終端機執行 node，並且在 Mongo Shell 可以看到刪除前與刪除後的資料，如圖：

查詢(Query)資料

維持 Persons 新增後的狀態！即原本的3筆！現在，我們想要找 firstName == “Bill”。

monquery.js
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let MongoClient = require('mongodb').MongoClient;
 
MongoClient.connect("mongodb://localhost:27017/mymondb", function(err, db) {
  db.collection("Persons", function(err, collection) {
    collection.find({ firstName: "Bill" }).toArray(function(err, items) {
      if(err) throw err;
      console.log(items);
      console.log("We found " + items.length + " results!");
    });
  });
  db.close(); // 關閉連線
});

我們在終端機執行 node，可以看到被擷取出來的結果，如圖：

!!重要!!
關於更多 Collection 的操作，可以參考：Collection Methods，特別在使用查詢 find，有不同於以往 SQL 的使用語法。

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