1. MongoDB逻辑结构

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MongoDB 与 MySQL 中的架构相差不多，底层都使用了可插拔的存储引擎以满足用户的不同需要。用户可以根据程序的数据特征选择不同的存储引擎,在最新版本的 MongoDB 中使用了 WiredTiger 作为默 认的存储引擎，WiredTiger 提供了不同粒度的并发控制和压缩机制，能够为不同种类的应用提供了最 好的性能和存储率。

在存储引擎上层的就是 MongoDB 的数据模型和查询语言了，由于 MongoDB 对数据的存储与 RDBMS有较大的差异，所以它创建了一套不同的数据模型和查询语言。

2. MongoDB的数据模型

2.1 描述数据模型

内嵌
内嵌的方式指的是把相关联的数据保存在同一个文档结构之中。MongoDB的文档结构允许一个字段或者一个数组内的值作为一个嵌套的文档。
引用
引用方式通过存储数据引用信息来实现两个不同文档之间的关联,应用程序可以通过解析这些数据引用来访问相关数据。

2.2 如何选择数据模型

选择内嵌:

  1. 数据对象之间有包含关系 ,一般是数据对象之间有一对多或者一对一的关系 。
  2. 需要经常一起读取的数据。
  3. 有 map-reduce/aggregation 需求的数据放在一起，这些操作都只能操作单个 collection。
    选择引用:
  4. 当内嵌数据会导致很多数据的重复，并且读性能的优势又不足于覆盖数据重复的弊端 。
  5. 需要表达比较复杂的多对多关系的时候 。
  6. 大型层次结果数据集 嵌套不要太深。

3 MongoDB 存储引擎

3.1 存储引擎概述

存储引擎是MongoDB的核心组件，负责管理数据如何存储在硬盘和内存上。MongoDB支持的存储引擎有MMAPv1 ,WiredTiger和InMemory。InMemory存储引擎用于将数据只存储在内存中，只将少量的元数据 (meta-data)和诊断日志（Diagnostic）存储到硬盘文件中，由于不需要Disk的IO操作，就能获取所需的数据，InMemory存储引擎大幅度降低了数据查询的延迟（Latency）。从mongodb3.2开始默认的存储引擎是WiredTiger,3.2版本之前的默认存储引擎是MMAPv1，mongodb4.x版本不再支持MMAPv1存储引擎。

storage: 
	journal: 
		enabled: true
    dbPath: /data/mongo/
    ##是否一个库一个文件夹
    directoryPerDB: true 
    ##数据引擎 
    engine: wiredTiger
    ##WT引擎配置 
    WiredTiger: 
		engineConfig: 
			##WT最大使用cache（根据服务器实际情况调节） 
            cacheSizeGB: 2
            ##是否将索引也按数据库名单独存储 
            directoryForIndexes: true 
            journalCompressor:none （默认snappy）
       ##表压缩配置 
       collectionConfig: 
			blockCompressor: zlib (默认snappy,还可选none、zlib) 
       ##索引配置 
       indexConfig: 
			prefixCompression: true

3.2 WiredTiger存储引擎优势

1.文档空间分配方式
WiredTiger使用的是BTree存储 MMAPV1 线性存储 需要Padding
2.并发级别
WiredTiger 文档级别锁 MMAPV1引擎使用表级锁
3.数据压缩
snappy (默认) 和 zlib ,相比MMAPV1(无压缩) 空间节省数倍。
4.内存使用
WiredTiger 可以指定内存的使用大小。
5.Cache使用
WT引擎使用了二阶缓存WiredTiger Cache, File System Cache来保证Disk上的数据的最终一致性,而MMAPv1 只有journal 日志。

3.3 WiredTiger引擎包含的文件和作用

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  • WiredTiger.basecfg:存储基本配置信息，与ConfifigServer有关系。
  • WiredTiger.lock:定义锁操作。
  • table*.wt:存储各张表的数据。
  • WiredTiger.wt:存储table*的元数据。
  • WiredTiger.turtle:存储WiredTiger.wt的元数据。
  • journal:存储WAL(Write Ahead Log)。

3.4 WiredTiger存储引擎实现原理

1、写请求
WiredTiger的写操作会默认写入Cache,并持久化到WAL(Write Ahead Log)，每60s或Log文件达到2G做一次checkpoint(当然我们也可以通过在写入时传入j: true的参数强制journal文件(存储WAL)的同步 ，writeConcern{ w: , j: , wtimeout: })产生快照文件。WiredTiger初始化时，恢复至最新的快照状态，然后再根据WAL恢复数据，保证数据的完整性。
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Cache是基于BTree的，节点是一个page，root page是根节点，internal page是中间索引节点，leaf page真正存储数据，数据以page为单位读写。WiredTiger采用Copy on write的方式管理写操作（insert、update、delete)，写操作会先缓存在cache里，持久化时，写操作不会在原来的leaf page上进行，而是写入新分配的page，每次checkpoint都会产生一个新的root page。

2、checkpoint流程
1.对所有的table进行一次checkpoint，每个table的checkpoint的元数据更新至WiredTiger.wt。
2.对WiredTiger.wt进行checkpoint，将该table checkpoint的元数据更新至临时文件WiredTiger.turtle.set。
3.将WiredTiger.turtle.set重命名为WiredTiger.turtle。
4.上述过程如果中间失败，WiredTiger在下次连接初始化时，首先将数据恢复至最新的快照状态，然后根据WAL恢复 数据，以保证存储可靠性。

3、Journaling恢复数据过程
在数据库宕机时,为保证MongoDB中数据的持久性，MongoDB使用了Write Ahead Logging向磁盘上的journal文件预先进行写入。除了journal日志，MongoDB还使用检查点（checkpoint）来保证数据的一致性，当数据库发生宕机时，我们就需要checkpoint和journal文件协作完成数据的恢复工作。
1.在数据文件中查找上一个检查点的标识符。
2.在journal文件中查找标识符对应的记录。
3.重做对应记录之后的全部操作。
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