Part 1

原文：6 Rules of Thumb for MongoDB Schema Design: Part 1

By William Zola, Lead Technical Support Engineer at MongoDB

“我有豐富的sql使用經(jīng)驗(yàn)，但是我是個(gè)MongoDB的初學(xué)者。我應(yīng)該如何在MongoDB中針對一對多關(guān)系進(jìn)行建模？”這是我被問及最多的問題之一。

我沒法簡單的給出答案，因?yàn)檫@有很多方案去實(shí)現(xiàn)。接下來我會(huì)教導(dǎo)你如何針對一對多進(jìn)行建模。

這個(gè)話題有很多內(nèi)容需要討論，我會(huì)用三個(gè)部分進(jìn)行說明。在第一部分，我會(huì)討論針對一對多關(guān)系建模的三種基礎(chǔ)方案。在第二部分我將會(huì)覆蓋更多高級內(nèi)容，包括反范式化和雙向引用。在最后一部分，我將會(huì)回顧各種選擇，并給出做決定時(shí)需要考慮的因素。

很多初學(xué)者認(rèn)為在MongoDB中針對一對多建模唯一的方案就是在父文檔中內(nèi)嵌一個(gè)數(shù)組子文檔，但是這是不準(zhǔn)確的。因?yàn)槟憧梢栽贛ongoDB內(nèi)嵌一個(gè)文檔不代表你就必須這么做。

當(dāng)你設(shè)計(jì)一個(gè)MongoDB數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，你需要先問自己一個(gè)在使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫時(shí)不會(huì)考慮的問題：這個(gè)關(guān)系中集合的大小是什么樣的規(guī)模？你需要意識到一對很少，一對許多，一對非常多，這些細(xì)微的區(qū)別。不同的情況下你的建模也將不同。

Basics: Modeling One-to-Few

一對很少

針對個(gè)人需要保存多個(gè)地址進(jìn)行建模的場景下使用內(nèi)嵌文檔是很合適，可以在person文檔中嵌入addresses數(shù)組文檔：

這種設(shè)計(jì)具有內(nèi)嵌文檔設(shè)計(jì)中所有的優(yōu)缺點(diǎn)。最主要的優(yōu)點(diǎn)就是不需要單獨(dú)執(zhí)行一條語句去獲取內(nèi)嵌的內(nèi)容。最主要的缺點(diǎn)是你無法把這些內(nèi)嵌文檔當(dāng)做單獨(dú)的實(shí)體去訪問。

例如，如果你是在對一個(gè)任務(wù)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行建模，每個(gè)用戶將會(huì)被分配若干個(gè)任務(wù)。內(nèi)嵌這些任務(wù)到用戶文檔在遇到“查詢昨天所有的任務(wù)”這樣的問題時(shí)將會(huì)非常困難。我會(huì)在下一篇文章針對這個(gè)用例提供一些適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。

Basics: One-to-Many

一對許多

以產(chǎn)品零件訂貨系統(tǒng)為例。每個(gè)商品有數(shù)百個(gè)可替換的零件，但是不會(huì)超過數(shù)千個(gè)。這個(gè)用例很適合使用間接引用---將零件的objectid作為數(shù)組存放在商品文檔中(在這個(gè)例子中的ObjectID我使用更加易讀的2字節(jié)，現(xiàn)實(shí)世界中他們可能是由12個(gè)字節(jié)組成的)。

每個(gè)零件都將有他們自己的文檔對象

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每個(gè)產(chǎn)品的文檔對象中parts數(shù)組中將會(huì)存放多個(gè)零件的ObjectID?：

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在獲取特定產(chǎn)品中所有零件，需要一個(gè)應(yīng)用層級別的join

為了能快速的執(zhí)行查詢，必須確保products.catalog_number有索引。當(dāng)然由于零件中parts._id一定是有索引的，所以這也會(huì)很高效。

這種引用的方式是對內(nèi)嵌優(yōu)缺點(diǎn)的補(bǔ)充。每個(gè)零件是個(gè)單獨(dú)的文檔，可以很容易的獨(dú)立去搜索和更新他們。需要一條單獨(dú)的語句去獲取零件的具體內(nèi)容是使用這種建模方式需要考慮的一個(gè)問題（請仔細(xì)思考這個(gè)問題，在第二章反反范式化中，我們還會(huì)討論這個(gè)問題）

這種建模方式中的零件部分可以被多個(gè)產(chǎn)品使用，所以在多對多時(shí)不需要一張單獨(dú)的連接表。

Basics: One-to-Squillions

一對非常多

我們用一個(gè)收集各種機(jī)器日志的例子來討論一對非常多的問題。由于每個(gè)mongodb的文檔有16M的大小限制，所以即使你是存儲ObjectID也是不夠的。我們可以使用很經(jīng)典的處理方法“父級引用”---用一個(gè)文檔存儲主機(jī)，在每個(gè)日志文檔中保存這個(gè)主機(jī)的ObjectID。

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以下是個(gè)和第二中方案稍微不同的應(yīng)用級別的join用來查找一臺主機(jī)最近5000條的日志信息

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所以，即使這種簡單的討論也有能察覺出mongobd的建模和關(guān)系模型建模的不同之處。你必須要注意一下兩個(gè)因素：

Will the entities on the “N” side of the One-to-N ever need to stand alone?

一對多中的多是否需要一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。

What is the cardinality of the relationship: is it one-to-few; one-to-many; or one-to-squillions?

這個(gè)關(guān)系中集合的規(guī)模是一對很少，很多，還是非常多。

Based on these factors, you can pick one of the three basic One-to-N schema designs:

基于以上因素來決定采取一下三種建模的方式

一對很少且不需要單獨(dú)訪問內(nèi)嵌內(nèi)容的情況下可以使用內(nèi)嵌多的一方。

一對多且多的一端內(nèi)容因?yàn)楦鞣N理由需要單獨(dú)存在的情況下可以通過數(shù)組的方式引用多的一方的。

一對非常多的情況下，請將一的那端引用嵌入進(jìn)多的一端對象中。

Part 2

原文：6 Rules of Thumb for MongoDB Schema Design: Part 2

By William Zola, Lead Technical Support Engineer at MongoDB

在上一篇文章中我介紹了三種基本的設(shè)計(jì)方案：內(nèi)嵌，子引用，父引用，同時(shí)說明了在選擇方案時(shí)需要考慮的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

一對多中的多是否需要一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。

這個(gè)關(guān)系中集合的規(guī)模是一對很少，很多，還是非常多。

在掌握了以上基礎(chǔ)技術(shù)后，我將會(huì)介紹更為高級的主題：雙向關(guān)聯(lián)和反范式化。

雙向關(guān)聯(lián)

如果你想讓你的設(shè)計(jì)更酷，你可以讓引用的“one”端和“many”端同時(shí)保存對方的引用。

以上一篇文章討論過的任務(wù)跟蹤系統(tǒng)為例。有person和task兩個(gè)集合，one-to-n的關(guān)系是從person端到task端。在需要獲取person所有的task這個(gè)場景下需要在person這個(gè)對象中保存有task的id數(shù)組，如下面代碼所示。

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在某些場景中這個(gè)應(yīng)用需要顯示任務(wù)的列表（例如顯示一個(gè)多人協(xié)作項(xiàng)目中所有的任務(wù)），為了能夠快速的獲取某個(gè)用戶負(fù)責(zé)的項(xiàng)目可以在task對象中嵌入附加的person引用關(guān)系。

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這個(gè)方案具有所有的一對多方案的優(yōu)缺點(diǎn)，但是通過添加附加的引用關(guān)系。在task文檔對象中添加額外的“owner”引用可以很快的找到某個(gè)task的所有者，但是如果想將一個(gè)task分配給其他person就需要更新引用中的person和task這兩個(gè)對象（熟悉關(guān)系數(shù)據(jù)庫的童鞋會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣就沒法保證操作的原子性。當(dāng)然，這對任務(wù)跟蹤系統(tǒng)來說并沒有什么問題，但是你必須考慮你的用例是否能夠容忍）

在一對多關(guān)系中應(yīng)用反范式

在你的設(shè)計(jì)中加入反范式，可以使你避免應(yīng)用層級別的join讀取，當(dāng)然，代價(jià)是這也會(huì)讓你在更新是需要操作更多數(shù)據(jù)。下面我會(huì)舉個(gè)例子來進(jìn)行說明

反范式Many -< One

以產(chǎn)品和零件為例，你可以在parts數(shù)組中冗余存儲零件的名字。以下是沒有加入反范式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。

反范式化意味著你不需要執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用層級別的join去顯示一個(gè)產(chǎn)品所有的零件名字，當(dāng)然如果你同時(shí)還需要其他零件信息那這個(gè)應(yīng)用層的join是避免不了的。

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在使得獲取零件名字簡單的同時(shí)，執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用層級別的join會(huì)和之前的代碼有些區(qū)別，具體如下：

反范式化在節(jié)省你讀的代價(jià)的同時(shí)會(huì)帶來更新的代價(jià)：如果你將零件的名字冗余到產(chǎn)品的文檔對象中，那么你想更改某個(gè)零件的名字你就必須同時(shí)更新所有包含這個(gè)零件的產(chǎn)品對象。

在一個(gè)讀比寫頻率高的多的系統(tǒng)里，反范式是有使用的意義的。如果你很經(jīng)常的需要高效的讀取冗余的數(shù)據(jù)，但是幾乎不去變更他d話，那么付出更新上的代價(jià)還是值得的。更新的頻率越高，這種設(shè)計(jì)方案的帶來的好處越少。

例如：假設(shè)零件的名字變化的頻率很低，但是零件的庫存變化很頻繁，那么你可以冗余零件的名字到產(chǎn)品對象中，但是別冗余零件的庫存。

需要注意的是，一旦你冗余了一個(gè)字段，那么對于這個(gè)字段的更新將不在是原子的。和上面雙向引用的例子一樣，如果你在零件對象中更新了零件的名字，那么更新產(chǎn)品對象中保存的名字字段前將會(huì)存在短時(shí)間的不一致。

反范式One -< Many

你也可以冗余one端的數(shù)據(jù)到many端：

如果你冗余產(chǎn)品的名字到零件表中，那么一旦更新產(chǎn)品的名字就必須更新所有和這個(gè)產(chǎn)品有關(guān)的零件，這比起只更新一個(gè)產(chǎn)品對象來說代價(jià)明顯更大。這種情況下，更應(yīng)該慎重的考慮讀寫頻率。

在一對很多的關(guān)系中應(yīng)用反范式

在日志系統(tǒng)這個(gè)一對許多的例子中也可以應(yīng)用反范式化的技術(shù)。你可以將one端（主機(jī)對象）冗余到日志對象中，或者反之。

下面的例子將主機(jī)中的IP地址冗余到日志對象中。

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如果想獲取最近某個(gè)ip地址的日志信息就變的很簡單，只需要一條語句而不是之前的兩條就能完成。

事實(shí)上，如果one端只有少量的信息存儲，你甚至可以全部冗余存儲到多端上，合并兩個(gè)對象。

另一方面，也可以冗余數(shù)據(jù)到one端。比如說你想在主機(jī)文檔中保存最近的1000條日志，可以使用mongodb 2.4中新加入的$eache/$slice功能來保證list有序而且只保存1000條。

日志對象保存在logmsg集合中，同時(shí)冗余到hosts對象中。這樣即使hosts對象中超過1000條的數(shù)據(jù)也不會(huì)導(dǎo)致日志對象丟失。

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通過在查詢中使用投影參數(shù) （類似{_id:1}）的方式在不需要使用logmsgs數(shù)組的情況下避免獲取整個(gè)mongodb對象，1000個(gè)日志信息帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷是很大的。

在一對多的情況下，需要慎重的考慮讀和更新的頻率。冗余日志信息到主機(jī)文檔對象中只有在日志對象幾乎不會(huì)發(fā)生更新的情況下才是個(gè)好的決定。

總結(jié)

在這篇文章里，我介紹了對三種基礎(chǔ)方案：內(nèi)嵌文檔，子引用，父引用的補(bǔ)充選擇。

使用雙向引用來優(yōu)化你的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，前提是你能接受無法原子更新的代價(jià)。

可以在引用關(guān)系中冗余數(shù)據(jù)到one端或者N端。

在決定是否采用反范式化時(shí)需要考慮下面的因素：

你將無法對冗余的數(shù)據(jù)進(jìn)行原子更新。

只有讀寫比較高的情況下才應(yīng)該采取反范式化的設(shè)計(jì)。

Part 3

原文：6 Rules of Thumb for MongoDB Schema Design: Part 3

By William Zola, Lead Technical Support Engineer at MongoDB

這篇文章是系列的最后一篇。在第一篇文章里，我介紹了三種針對“一對多?”關(guān)系建模的基礎(chǔ)方案。在第二篇文章中，我介紹了對基礎(chǔ)方案的擴(kuò)展：雙向關(guān)聯(lián)和反范式化。

反范式可以讓你避免一些應(yīng)用層級別的join，但是這也會(huì)讓更新變的更復(fù)雜，開銷更大。不過冗余那些讀取頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于更新頻率的字段還是值得的。

如果你還沒有讀過前兩篇文章，歡迎一覽。

讓我們回顧下這些方案

你可以采取內(nèi)嵌，或者建立one端或者N端的引用，也可以三者兼而有之。

你可以在one端或者N端冗余多個(gè)字段

下面這些是你需要謹(jǐn)記的：

1、優(yōu)先考慮內(nèi)嵌，除非有什么迫不得已的原因。

2、需要單獨(dú)訪問一個(gè)對象，那這個(gè)對象就不適合被內(nèi)嵌到其他對象中。

3、數(shù)組不應(yīng)該無限制增長。如果many端有數(shù)百個(gè)文檔對象就不要去內(nèi)嵌他們可以采用引用ObjectID的方案；如果有數(shù)千個(gè)文檔對象，那么就不要內(nèi)嵌ObjectID的數(shù)組。該采取哪些方案取決于數(shù)組的大小。

4、不要害怕應(yīng)用層級別的join：如果索引建的正確并且通過投影條件（第二章提及）限制返回的結(jié)果，那么應(yīng)用層級別的join并不會(huì)比關(guān)系數(shù)據(jù)庫中join開銷大多少。

5、在進(jìn)行反范式設(shè)計(jì)時(shí)請先確認(rèn)讀寫比。一個(gè)幾乎不更改只是讀取的字段才適合冗余到其他對象中。

6、在mongodb中如何對你的數(shù)據(jù)建模，取決于你的應(yīng)用程序如何去訪問它們。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)要去適應(yīng)你的程序的讀寫場景。

設(shè)計(jì)指南

當(dāng)你在MongoDB中對“一對多”關(guān)系進(jìn)行建模，你有很多的方案可供選擇，所以你必須很謹(jǐn)慎的去考慮數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。下面這些問題是你必須認(rèn)真思考的：

關(guān)系中集合的規(guī)模有多大：是一對很少，很多，還是非常多？

對于一對多中”多“的那一端，是否需要單獨(dú)的訪問它們，還是說它們只會(huì)在父對象的上下文中被訪問。

被冗余的字段的讀寫的比例是多少？

數(shù)據(jù)建模設(shè)計(jì)指南

在一對很少的情況下，你可以在父文檔中內(nèi)嵌數(shù)組。

在一對很多或者需要單獨(dú)訪問“N”端的數(shù)據(jù)時(shí)，你可以采用數(shù)組引用ObjectID的方式。如果可以加速你的訪問也可以在“N”端使用父引用。

在一對非常多的情況下，可以在“N”端使用父引用。

如果你打算在你的設(shè)計(jì)中引入冗余等反范式設(shè)計(jì)，那么你必須確保那些冗余的數(shù)據(jù)讀取的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于更新的頻率。而且你也不需要很強(qiáng)的一致性。因?yàn)榉捶妒交脑O(shè)計(jì)會(huì)讓你在更新冗余字段時(shí)付出一定的代價(jià)（更慢，非原子化）

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/WeiGe/p/4903850.html

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MongoDB数据库设计中6条重要的经验法则的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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