使用 Node.js 串接 MongoDB (含CRUD)

Mon, 06 Feb 2023 00:00:00 +0000

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。

它是 10gen 開發的 NoSQL (Not only SQL - 不只有 SQL)。
不是關聯式資料庫，沒有 Schema。
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。
簡潔的文件模型。
容易水平擴展。
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
Database	Database
Table	Collection
Tuple/Row	Document
Column	Field
Table Join	Embedded Documents
Primary Key	Primary 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": "jddj4541@gmail.com",
 "password": "54875487"
},
{
 "email": "jddj4541@gmail.com",
 "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": "jddj4541@gmail.com",
 "password": "54875487"
},
{
 "email": "jddj4541@gmail.com",
 "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": "jddj4541@gmail.com",
 "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

Step 1.

Step 2.

Step 3. 可以選 Custom 安裝，這裡就可以設定安裝的路徑。

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。

Step 5.

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：

“開始"選單點選右鍵 -> 系統 -> 進階系統設定。
點選"進階” -> 環境變數。

系統變數的 Path，點擊"編輯"。
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:\...)

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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