补习系列(16)-springboot mongodb 数据库应用技巧

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一、关于 MongoDB

MongoDB 目前非常流行，在最近的DB-Engine排名中居第5位，仅次于传统的关系型数据库如 Oracle、Mysql。

然而在非关系型数据库领域，MongoDB已经持续成为佼佼者一段时间了，这与 MongoDB的一些优势存在一定关系：

• 无模式(Schema)，便于快速开发；
• 面向文档化的数据，基于BSON格式(类JSON)，灵活性强
• 高性能，得益于其内存计算能力；
• 副本集、自动分片特性，提供了高可用及水平扩展能力

MongoDB 的主要对象包括数据库（database）、集合（collection）、文档对象（document），与关系型数据库的对应关系如下：

与关系型数据库一样，MongoDB也支持索引(不支持外键)，然而其没有定义固定的列(Column)，字段可以是任何类型的值，比如数值、数组或嵌套文档等。

在最近发布的4.0版本中，MongoDB开始支持事务。可见，在未来这些数据库之间的差异只会越来越少。

二、Spring-Data-Mongo

Spring-Data-Mongo 是Spring框架对于MongoDB 数据读写的ORM 封装，

与 大家熟悉的 JPA一样，其在MongoDB-Java-Driver基础之上做了一些封装，令应用开发更加简便。

如下是SpringData 整体框架的一个概要：

从上图中可以看出，SpringData 是基于分层设计的。从下之上，分别是：

• 数据库层；
• 驱动层(JDBC/Driver)；
• ORM层(Repository)；

三、整合 MongoDB CRUD

接下来的篇幅，主要针对如何在项目中使用框架进行MongoDB数据库的读写，部分代码可供参考。

A. 引入框架

<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
<version>${spring-boot.version}</version>
</dependency>


其中 spring-boot-starter-mongodb 是一个胶水组件，声明对它的依赖会令项目自动引入spring-data-mongo、mongodb-java-driver等基础组件。

B. 数据库配置

我们在 application.properties 中声明一段配置：

spring.data.mongodb.host=127.0.0.1
spring.data.mongodb.port=27017
spring.data.mongodb.username=appuser
spring.data.mongodb.password=appuser@2016
spring.data.mongodb.database=appdb


不难理解，这里是数据库主机、端口、用户密码、数据库的设置。

C. 数据模型

接下来，要定义数据集合(collection) 的一个结构，以 Book实体为例：

@Document(collection = "book")
@CompoundIndexes({ @CompoundIndex(name = "idx_category_voteCount", def = "{'category': 1, 'voteCount': 1}"),
@CompoundIndex(name = "idx_category_createTime", def = "{'category': 1, 'createTime': 1}") })
public class Book { @Id
private String id; @Indexed
private String author; private String category; @Indexed
private String title; private int voteCount;
private int price; @Indexed
private Date publishDate; private Date updateTime;
private Date createTime;
...

这里，我们给Book 实体定义了一些属性：

除此以外，我们还会用到几个注解：

关于MongoDB索引形态，可以参考官方文档做一个详细了解。

D. 数据操作

ORM 框架可以让你通过操作对象来直接影响数据，这样一来，可以大大减少上手的难度，你不再需要熟悉大量驱动层的API了。

Spring-Data-Mongo 实现了类JPA的接口，通过预定义好的Repository可实现代码方法到数据库操作语句DML的映射。

下面是一些例子：

• BookRepository

public interface BookRepository extends MongoRepository<Book, String> { public List<Book> findByAuthor(String author); public List<Book> findByCategory(String category, Pageable pageable); public Book findOneByTitle(String title);
}


我们所看到的 findByAttribute 将会直接被转换成对应的条件查询，如 findByAuthor 等价于

db.book.find({author:'Lilei'})


接下来，我们可以方便的在业务逻辑层(service层) 对Repository 进行调用，如下：

@Service
public class BookService { @Autowired
private BookRepository bookRepository; private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(BookService.class); /**
* 创建book
*
* @param category
* @param title
* @param author
* @param price
* @param publishDate
* @return
*/
public Book createBook(String category, String title, String author, int price, Date publishDate) {
if (StringUtils.isEmpty(category) || StringUtils.isEmpty(title) || StringUtils.isEmpty(author)) {
return null;
} Book book = new Book();
book.setAuthor(author);
book.setTitle(title);
book.setCategory(category);
book.setPrice(price);
book.setPublishDate(publishDate); book.setVoteCount(0);
book.setCreateTime(new Date());
book.setUpdateTime(book.getCreateTime()); return bookRepository.save(book);
} /**
* 更新价格
*
* @param id
* @param price
* @return
*/
public boolean updatePrice(String id, int price) {
if (StringUtils.isEmpty(id)) {
return false;
} Book book = bookRepository.findOne(id);
if (book == null) { logger.info("the book '{}' is not exist", id);
return false;
} book.setPrice(price);
book.setUpdateTime(new Date());
if (bookRepository.save(book) != null) {
return true;
}
return false;
} /**
* 根据获取book
*
* @param title
* @return
*/
public Book getBookByTitle(String title) {
if (StringUtils.isEmpty(title)) {
return null;
}
return bookRepository.findOneByTitle(title);
} /**
* 获取投票排行列表
*
* @param category
* @param max
* @return
*/
public List<Book> listTopVoted(String category, int max) { if (StringUtils.isEmpty(category) || max <= 0) {
return Collections.emptyList();
} // 按投票数倒序排序
Sort sort = new Sort(Direction.DESC, Book.COL_VOTE_COUNT);
PageRequest request = new PageRequest(0, max, sort); return bookRepository.findByCategory(category, request); } /**
* 删除书籍
*
* @param id
* @return
*/
public boolean deleteBook(String id) {
Book book = bookRepository.findOne(id);
if (book == null) { logger.info("the book '{}' is not exist", id);
return false;
} bookRepository.delete(book);
return true;
}}


关于Repository 映射规则，可以从这里找到详细介绍。

E. 自定义操作

有时候，Repository的方法映射无法较好的满足一些特定场景，比如高级检索、局部更新、覆盖索引查询等等，

此时可以使用框架提供的 MongoTemplate 工具类来完成这些定制，MongoTemplate 提供了大量的 Criteria API 来封装 Mongo-Java-Driver的实现。

我们一方面可以选择直接使用该API，另一方面，则可以更加"优雅"的整合到Repository 接口，如下面的代码：

• 声明 Custom 接口

public interface BookRepositoryCustom { public PageResult<Book> search(String category, String title, String author, Date publishDataStart,
Date publishDataEnd, Pageable pageable); public boolean incrVoteCount(String id, int voteIncr);
}

• 声明接口继承关系

public interface BookRepository extends MongoRepository<Book, String>, BookRepositoryCustom{


• 实现类

public class BookRepositoryImpl implements BookRepositoryCustom { @Autowired
private MongoTemplate mongoTemplate; public boolean incrVoteCount(String id, int voteIncr) {
if (StringUtils.isEmpty(id)) {
return false;
} Query query = new Query();
query.addCriteria(Criteria.where("id").is(id)); Update update = new Update(); update.inc(Book.COL_VOTE_COUNT, voteIncr);
update.set(Book.COL_UPDATE_TIME, new Date()); WriteResult result = mongoTemplate.updateFirst(query, update, Book.class);
return result != null && result.getN() > 0;
} @Override
public PageResult<Book> search(String category, String title, String author, Date publishDataStart,
Date publishDataEnd, Pageable pageable) {
Query query = new Query(); if (!StringUtils.isEmpty(category)) {
query.addCriteria(Criteria.where(Book.COL_CATEGORY).is(category));
} if (!StringUtils.isEmpty(author)) {
query.addCriteria(Criteria.where(Book.COL_AUTHOR).is(author));
} if (!StringUtils.isEmpty(title)) {
query.addCriteria(Criteria.where(Book.COL_TITLE).regex(title));
} if (publishDataStart != null || publishDataEnd != null) {
Criteria publishDateCond = Criteria.where(Book.COL_PUBLISH_DATE); if (publishDataStart != null) {
publishDateCond.gte(publishDataStart);
}
if (publishDataEnd != null) {
publishDateCond.lt(publishDataEnd);
}
query.addCriteria(publishDateCond);
} long totalCount = mongoTemplate.count(query, Book.class);
if (totalCount <= 0) {
return new PageResult<Book>();
} if (pageable != null) {
query.with(pageable);
} List<Book> books = mongoTemplate.find(query, Book.class);
return PageResult.of(totalCount, books);
}
}


利用 AOP的魔法 ，Spring 框架会自动将我们这段代码实现织入 到Bean对象中，

这样一来，我们原先对Repository的依赖引用方式就不需要改变了。

四、高级技巧

SpringBoot中完成Mongodb的自动化配置，是通过MongoAutoConfiguration、MongoDataAutoConfiguration完成的。

其中MongoAutoConfiguration的实现如下：

@Configuration
@ConditionalOnClass(MongoClient.class)
@EnableConfigurationProperties(MongoProperties.class)
@ConditionalOnMissingBean(type = "org.springframework.data.mongodb.MongoDbFactory")
public class MongoAutoConfiguration { private final MongoProperties properties; private final MongoClientOptions options; private final Environment environment; private MongoClient mongo; public MongoAutoConfiguration(MongoProperties properties,
ObjectProvider<MongoClientOptions> options, Environment environment) {
this.properties = properties;
this.options = options.getIfAvailable();
this.environment = environment;
} @PreDestroy
public void close() {
if (this.mongo != null) {
this.mongo.close();
}
} @Bean
@ConditionalOnMissingBean
public MongoClient mongo() throws UnknownHostException {
this.mongo = this.properties.createMongoClient(this.options, this.environment);
return this.mongo;
}}


从上面的代码可见，如果应用代码中未声明 MongoClient、MongoDbFactory，那么框架会根据配置文件自动做客户端的初始化。

通过声明，可以取消这些自动化配置：

@SpringBootApplication
@EnableAutoConfiguration(exclude = { EmbeddedMongoAutoConfiguration.class, MongoDataAutoConfiguration.class,
MongoAutoConfiguration.class })
public class DemoBoot {
...

真实线上的项目中，会对MongoDB 客户端做一些定制，下面的介绍几个用法

1. 连接池配置

@Configuration
public class MongoConfig { @Bean
public MongoDbFactory mongoFactory(MongoProperties mongo) throws Exception { MongoClientOptions.Builder builder = new MongoClientOptions.Builder();
// 连接池配置
builder.maxWaitTime(1000 * 60 * 1).socketTimeout(30 * 1000).connectTimeout(10 * 1000).connectionsPerHost(60)
.minConnectionsPerHost(60).socketKeepAlive(true); // 设置鉴权信息
MongoCredential credential = null;
if (!StringUtils.isEmpty(mongo.getUsername())) {
credential = MongoCredential.createCredential(mongo.getUsername(), mongo.getDatabase(),
mongo.getPassword());
} MongoClientOptions mongoOptions = builder.build(); List<ServerAddress> addrs = Arrays.asList(new ServerAddress(mongo.getHost(), mongo.getPort()));
MongoClient mongoClient = null;
if (credential != null) {
mongoClient = new MongoClient(addrs, Arrays.asList(credential), mongoOptions);
} else {
mongoClient = new MongoClient(addrs, mongoOptions);
}
return new SimpleMongoDbFactory(mongoClient, mongo.getDatabase());
}


我们所关心的，往往是连接池大小、超时参数阈值、队列这几个，如下：

//连接池最小值
private int minConnectionsPerHost;
//连接池最大值
private int maxConnectionsPerHost = 100;
//线程等待连接阻塞系数
private int threadsAllowedToBlockForConnectionMultiplier = 5;
//选择主机超时
private int serverSelectionTimeout = 1000 * 30;
//最大等待
private int maxWaitTime = 1000 * 60 * 2;
//最大连接闲时
private int maxConnectionIdleTime;
//最大连接存活
private int maxConnectionLifeTime;
//TCP建立连接超时
private int connectTimeout = 1000 * 10;
//TCP读取超时
private int socketTimeout = 0;
//TCP.keepAlive是否启用
private boolean socketKeepAlive = true;
//心跳频率
private int heartbeatFrequency = 10000;
//最小心跳间隔
private int minHeartbeatFrequency = 500;
//心跳TCP建立连接超时
private int heartbeatConnectTimeout = 20000;
//心跳TCP读取超时
private int heartbeatSocketTimeout = 20000;


2. 去掉_class属性

通过 SpringDataMongo 定义的实体，会自动写入一个_class属性，大多数情况下这个不是必须的，可以通过配置去掉：

@Bean
public MongoTemplate mongoTemplate(MongoDbFactory mongoDbFactory, MongoMappingContext context) { DbRefResolver dbRefResolver = new DefaultDbRefResolver(mongoDbFactory);
MappingMongoConverter converter = new MappingMongoConverter(dbRefResolver, context);
converter.setTypeMapper(new DefaultMongoTypeMapper(null)); converter.afterPropertiesSet(); MongoTemplate mongoTemplate = new MongoTemplate(mongoDbFactory, converter); return mongoTemplate;
}


3. 自定义序列化

一些基础的字段类型，如 int 、long、string，通过JDK 装箱类就可以完成，

对于内嵌的对象类型，SpringDataMongo框架会将其转换为 DBObject对象(java driver 实体)。

一般情况下这已经足够了，但某些场景下你不得不实现自己的序列化方式，比如通过文档存储某些特殊格式的内容。

这需要用到 Converter 接口，如下面的代码：

@Bean
public MongoTemplate mongoTemplate(MongoDbFactory mongoDbFactory, MongoMappingContext context) { DbRefResolver dbRefResolver = new DefaultDbRefResolver(mongoDbFactory);
MappingMongoConverter converter = new MappingMongoConverter(dbRefResolver, context);
converter.setTypeMapper(new DefaultMongoTypeMapper(null)); // 自定义转换
converter.setCustomConversions(customConversions());
converter.afterPropertiesSet(); MongoTemplate mongoTemplate = new MongoTemplate(mongoDbFactory, converter);
return mongoTemplate;
} private CustomConversions customConversions() {
List<Converter<?, ?>> converters = new ArrayList<Converter<?, ?>>();
converters.add(new BasicDBObjectWriteConverter());
converters.add(new BasicDBObjectReadConverter());
return new CustomConversions(converters);
} /**
* 写入序列化
*/
@WritingConverter
public static class BasicDBObjectWriteConverter implements Converter<BasicDBObject, String> { public String convert(BasicDBObject source) {
if (source == null) {
return null;
}
return source.toJson();
}
} /**
* 读取反序列化
*/
@ReadingConverter
public static class BasicDBObjectReadConverter implements Converter<String, BasicDBObject> { public BasicDBObject convert(String source) {
if (source == null || source.length() <= 0) {
return null;
}
return BasicDBObject.parse(source);
}
}


4. 读写分离

MongoDB 本身支持读写分离的实现，前提是采用副本集、分片副本集的架构，

通过声明客户端的 ReadPreference 级别可以达到优先读主、优先读备的控制。

@Configuration
public class MongoConfig { @Bean(name="secondary")
public MongoDbFactory mongoFactory(MongoProperties mongo) throws Exception { MongoClientOptions.Builder builder = new MongoClientOptions.Builder();
// 连接池配置
builder.maxWaitTime(1000 * 60 * 1).socketTimeout(30 * 1000).connectTimeout(10 * 1000).connectionsPerHost(60)
.minConnectionsPerHost(60).socketKeepAlive(true);
// 优先读备节点
builder.readPreference(ReadPreference.secondaryPreferred());
...

上面的代码中，将会为MongoClient 设置 secondaryPreferred 的读级别。

ReadPreference 级别包括以下几种：

码云同步代码

小结

MongoDB 是当下 NoSQL 数据库的首选，也有不少服务化架构采用了 MongoDB作为主要数据库，

其在 4.x版本中即将推出事务功能，在未来该文档数据库相对于RDBMS的差距将会大大缩小。

也正由于MongoDB 具备 简单、易扩展、高性能等特性，其社区活跃度非常高，是非常值得关注和学习的。

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