MongoDB: CRUD‑операции и основы NoSQL

Логотип MongoDB

Краткое введение

MongoDB позволяет создавать современные базы данных, которые легко читаются и изменяются. Это документная NoSQL‑СУБД с открытым исходным кодом, доступная для большинства операционных систем.

Если вы изучали проектирование баз данных в университете, возможно, вы не проходили MongoDB и NoSQL в деталях. До конца 1990‑х большинство людей и не слышали о NoSQL, а активное распространение началось около 2009 года.

Важно: NoSQL не противопоставляет себя SQL в полном смысле — это семейство подходов к хранению данных, отличных от реляционных таблиц.

Что такое NoSQL?

SQL означает «structured query language» и применяется к реляционным базам, где данные хранятся в таблицах с фиксированными строками и колонками. Термин NoSQL чаще всего трактуется как «not only SQL» — то есть набор технологий, которые позволяют хранить и обрабатывать данные в нереляционных формах: документов, пар «ключ–значение», колонко‑ориентированных и графовых хранилищ.

Типы NoSQL‑систем (кратко):

Документные (document) — MongoDB, CouchDB. Хранят документы с произвольными полями (обычно JSON/BSON).
Ключ‑значение (key‑value) — Redis, Riak. Очень простая модель для быстрых операций по ключу.
Колонко‑ориентированные (column) — Cassandra, HBase. Оптимизированы для аналитики и большого объёма данных.
Графовые (graph) — Neo4j. Подходят для данных с насыщенными связями.

Когда NoSQL работает лучше: гибкая схема, масштабирование горизонтально, хранение вложенных структур. Когда не подходит: сложные транзакции или строгая целостность, когда нужна нормализованная реляционная модель.

Что такое MongoDB?

MongoDB — документная база данных. Документы хранятся в формате, совместимом с JSON (фактически используется бинарное представление BSON). Каждому документу автоматически присваивается уникальный идентификатор _id. MongoDB поддерживает все базовые CRUD‑операции и предоставляет гибкую схему: разные документы в одной коллекции могут иметь разные поля.

Ключевые особенности MongoDB (в одном предложении): гибкая схема, индексирование, масштабирование через шардинг, репликация, поддержка агрегаций и драйверы для основных языков программирования.

Установка и запуск MongoDB

Перед выполнением CRUD‑операций нужно установить MongoDB на локальную машину или воспользоваться облачным сервисом (MongoDB Atlas). После установки запустите сервер и подключитесь к нему с помощью драйвера вашего языка.

Пример запуска mongod (как в исходном тексте):

  
/Users/Administrator/mongodb/bin/mongod.exe  --dbpath=/Users/Administrator/mongodb-data

Пояснения:

Первая часть — путь к исполняемому файлу mongod.exe в папке bin. На вашей машине путь, вероятно, будет другим.
Вторая часть (–dbpath) указывает на папку, где MongoDB будет хранить файлы базы данных. Эту папку нужно создать заранее и убедиться, что у процесса есть права чтения/записи.

После успешного запуска в логах вы увидите две важные строки — адрес прослушивания (обычно 127.0.0.1) и порт (по умолчанию 27017). Примеры логов:

  
{"t":{"$date":"2021-04-14T18:10:11.779-05:00"},"s":"I", "c":"NETWORK", "id":23015, "ctx":"listener","msg":"Listening on","attr":{"address":"127.0.0.1"}}  
{"t":{"$date":"2021-04-14T18:10:11.797-05:00"},"s":"I", "c":"NETWORK", "id":23016, "ctx":"listener","msg":"Waiting for connections","attr":{"port":27017,"ssl":"off"}}

Эти значения понадобятся при настройке строки подключения.

Советы по установке:

На Linux используйте дистрибутивные пакеты или официальный репозиторий MongoDB.
На macOS удобно устанавливать через Homebrew.
На Windows проверьте путь к mongod.exe и права на папку данных.
Для production‑среды завершительно настройте systemd unit (Linux) или службу Windows.

Подключение и драйверы

Для работы с MongoDB из приложения используется клиент (драйвер). В примерах ниже используется Node.js‑драйвер и объект MongoClient.

Строка подключения к локальному серверу обычно выглядит так:

mongodb://127.0.0.1:27017

Пример подключения (из исходного текста):

  
// import mongodb and use destructuring to get the MongoClient function  
const { MongoClient } = require("mongodb");  
  
//the connection URL and the database that we intend to connect to  
const connectionURL = 'mongodb://127.0.0.1:27017';  
const databaseName = 'user-manager';  
  
//using the connect function on the MongoClient to connect to the MongoDB server  
MongoClient.connect(connectionURL, { useUnifiedTopology: true }, (error, client) =>{  
  
//check if connection was established  
if (error){  
return console.log('Could not connect to database');  
}  
  
//access the user-manager database  
const db = client.db(databaseName);  
  
//insert one user into the database  
db.collection('users').insertOne({  
name: 'John Doe',  
age: '28'  
}, (error,result) =>{  
if (error){  
return console.log('Could not create user');  
}  
console.log(result.ops);  
})  
})

Примечания по драйверам:

Каждый язык (Node.js, Python, Java, C#, Go и т. д.) имеет собственный официальный драйвер от MongoDB.
В новых версиях драйвера Node.js опция useUnifiedTopology используется для активации нового механизма обнаружения серверов и мониторинга.
Альтернативы для быстрого прототипирования: mongosh — интерактивная оболочка для запросов.

CRUD‑операции — что это такое

CRUD — аббревиатура от create (создать), read (прочитать), update (обновить), delete (удалить). Это четыре базовые операции для любой базы данных.

Ниже идут практические примеры и пояснения для каждого типа операции в MongoDB.

Создание документа (Create)

В MongoDB есть два наиболее частых метода вставки:

insertOne — вставляет один документ.
insertMany — вставляет сразу несколько документов.

Когда использовать:

insertOne — когда создаётся отдельная запись (например, регистрация пользователя).
insertMany — когда нужно загрузить пачку данных (bulk load) или импортировать коллекцию.

Пример insertOne (из исходного текста):

  
// import mongodb and use destructuring to get the MongoClient function  
const { MongoClient } = require("mongodb");  
  
//the connection URL and the database that we intend to connect to  
const connectionURL = 'mongodb://127.0.0.1:27017';  
const databaseName = 'user-manager';  
  
//using the connect function on the MongoClient to connect to the MongoDB server  
MongoClient.connect(connectionURL, { useUnifiedTopology: true }, (error, client) =>{  
  
//check if connection was established  
if (error){  
return console.log('Could not connect to database');  
}  
  
//access the user-manager database  
const db = client.db(databaseName);  
  
//insert one user into the database  
db.collection('users').insertOne({  
name: 'John Doe',  
age: '28'  
}, (error,result) =>{  
if (error){  
return console.log('Could not create user');  
}  
console.log(result.ops);  
})  
})

Пример вывода (консоль):

  
[ { name: 'Peter Davis', age: '32', _id: 60772f869475e84740003c45 } ]

Комментарий: MongoDB автоматически сгенерирует поле _id, если оно не задано явно.

Советы по вставке:

Для массовых операций используйте insertMany с опцией ordered: false, чтобы ошибки в одном документе не останавливали вставку остальных.
Валидируйте поля до вставки (несколько способов: в приложении, с помощью схем в ODM, либо через встроенную валидацию коллекций MongoDB).

Чтение документа (Read)

Основные методы чтения:

find — возвращает курсор и используется для множественного чтения.
findOne — возвращает первый найденный документ.

Пример findOne (из исходного текста):

  
// import mongodb and use destructuring to get the MongoClient method  
const { MongoClient } = require("mongodb");  
  
//the connection URL and the database that we intend to connect to  
const connectionURL = 'mongodb://127.0.0.1:27017';  
const databaseName = 'user-manager';  
  
//using the connect function on the MongoClient to connect to the MongoDB server  
MongoClient.connect(connectionURL, { useUnifiedTopology: true }, (error, client) =>{  
  
//check if connection was established  
if (error){  
return console.log('Could not connect to database') ;  
}  
  
//create the user-manager database  
const db = client.db(databaseName);  
  
//finding one user into the database  
db.collection('users').findOne({name: 'Peter Davis'}, (error, user) => {  
if (error){  
return console.log('Could not find user');  
}  
console.log(user);  
})  
});

Пример вывода:

  
{ _id: 60772f869475e84740003c45, name: 'Peter Davis', age: '32' }

Полезные приёмы чтения:

Для поиска по _id используйте ObjectId‑тип (в драйвере Node.js: new ObjectID(idString)).
Индексируйте поля, по которым часто ищут, чтобы ускорить запросы.
Используйте проекции, чтобы возвращать только нужные поля: find({}, { projection: { name: 1, age: 1 } }).

Обновление документа (Update)

Два основных метода:

updateOne — обновляет первый попавшийся документ, соответствующий фильтру.
updateMany — обновляет все документы, соответствующие фильтру.

Пример updateOne (из исходного текста):

  
//Update a user's age  
db.collection('users').updateOne({ name: "Peter Davis"},  
{  
$set: {  
age: '24'  
}  
})

Замечания:

Операторы обновления ($set, $inc, $push и т. д.) модифицируют существующие поля и создают новые при необходимости.
Если вы передаёте документ без операторов ($set и т. п.), MongoDB заменит документ целиком.
Для атомарных операций используйте соответствующие операторы ($inc для инкремента и т. п.).

Удаление документа (Delete)

Методы удаления:

deleteOne — удаляет первый документ, соответствующий фильтру.
deleteMany — удаляет все документы по фильтру.

Пример deleteOne (из исходного текста):

  
//delete a document  
db.collection('users').deleteOne({ name: 'Peter Davis'})

Удаление просто выполняется, но будьте осторожны: удалённые документы восстановить легко не получится без резервных копий.

Когда MongoDB не подходит

Контрпримеры и случаи, когда MongoDB может быть не лучшим выбором:

Нужна строгая реляционная целостность (много‑табличные транзакции, жёсткая нормализация). Хотя MongoDB поддерживает транзакции в репликасете, сложные реляционные схемы всё ещё лучше подходят для реляционных СУБД.
Очень сложные аналитические запросы с JOIN‑подобной логикой на больших объёмах данных — иногда эффективнее использовать колоночные хранилища.
Требования соответствия (compliance) с конкретными реляционными стандартами — в таких случаях архитектура и процесс согласования могут потребовать реляционной базы.

Альтернативные подходы

Если MongoDB не подходит, рассмотрите:

PostgreSQL — реляционная СУБД с расширениями JSONB для хранения документов.
Cassandra — для высокопроизводительного распределённого хранения и записи.
Redis — для быстрых key‑value сценариев и кэширования.
ElasticSearch — для поисковых задач и аналитики по тексту.

Практическая мини‑методология работы с MongoDB

Определите модель данных: документы, вложенные объекты или ссылки между коллекциями.
Выберите ключи и индексы для ускорения запросов.
Настройте окружение: развёртывание сервера/реплики/шардирования в зависимости от нагрузки.
Реализуйте CRUD в приложении через драйвер и проведите нагрузочное тестирование.
Настройте мониторинг и резервное копирование.

Фактбокс: ключевые значения и понятия

Стандартный порт MongoDB: 27017
Локальный адрес по умолчанию: 127.0.0.1
Формат документов: BSON (Binary JSON)
Типы NoSQL: документные, ключ‑значение, колонко‑ориентированные, графовые
Примеры методов: insertOne/insertMany, find/findOne, updateOne/updateMany, deleteOne/deleteMany

Ролевые чеклисты

DevOps:

Установить mongod как службу.
Настроить мониторинг (логи, метрики, оповещения).
Организовать резервное копирование (mongodump/mongorestore или snapshot хранилища).
Настроить сеть: firewall, bindIp, TLS.

Backend разработчик:

Выбрать драйвер и версию, совместимую с сервером.
Реализовать схему документов и валидацию на уровне приложения.
Покрыть CRUD тестами и проверить обработку ошибок.

DBA / архитектор данных:

Проанализировать индексы и планы выполнения.
Планировать шардирование при высоких объёмах данных.
Настроить репликацию для отказоустойчивости.

QA:

Проверить корректность CRUD операций в edge‑кейcах (пустые поля, большие документы, конфликтные обновления).
Проверить восстановление из резервной копии.

SOP: быстрый рабочий порядок для добавления пользователей

Убедиться, что mongod запущен и доступен (127.0.0.1:27017).
Подключиться через драйвер и получить db = client.db(‘user-manager’).
Проверить наличие коллекции users, при необходимости создать индексы.
Вставить данные через insertOne/insertMany.
Проверить результат через findOne.
При ошибках смотреть логи mongod и права на папку данных.

Security hardening — быстрое руководство

Включите аутентификацию: создайте администратора и используйте роли.
Ограничьте bindIp — слушать только нужные интерфейсы.
Используйте TLS для шифрования трафика между приложениями и сервером.
Применяйте принцип наименьших привилегий в ролях пользователей.
Регулярно обновляйте MongoDB до поддерживаемой версии.

Конфиденциальность и соответствие требованиям (GDPR)

Храните персональные данные с минимально необходимым набором полей.
Реализуйте удаление и анонимизацию при запросах субъектов данных.
Документируйте политики хранения и сроки удаления данных.
Логи и бэкапы тоже могут содержать персональные данные — учитывайте их при сохранении и удалении.

Миграция и совместимость

Советы при переходе с реляционной базы на MongoDB:

Пересмотрите модель данных: в MongoDB вложенные документы часто заменяют JOIN.
Определите набор запросов и оптимизируйте структуру под наиболее частые операции.
Планируйте миграции партиями и тестируйте на тестовом окружении.
Проверьте совместимость драйверов и формат данных (даты, бинарные поля).

Пример простого рабочего сценария с командной оболочкой

Запуск сервера:

mongod –dbpath /path/to/mongodb-data

Дамп базы данных:

mongodump –db user-manager –out /backups/user-manager-YYYYMMDD

Восстановление:

mongorestore –db user-manager /backups/user-manager-YYYYMMDD/user-manager

(Команды mongodump/mongorestore используются в целях резервного копирования и восстановления. Убедитесь, что версии инструментов совместимы с версией сервера.)

Decision tree для выбора операции (Mermaid)

flowchart TD
  A[Нужно создать запись?] -->|Да| B[insertOne/insertMany]
  A -->|Нет| C[Нужно читать данные?]
  C -->|Да| D[find/findOne]
  C -->|Нет| E[Нужно обновлять?]
  E -->|Да| F[updateOne/updateMany]
  E -->|Нет| G[Нужно удалять?]
  G -->|Да| H[deleteOne/deleteMany]
  G -->|Нет| I[Переосмыслить задачу]

Частые ошибки и как их избежать

Отсутствие индексов: приводит к медленным запросам. Решение — проанализировать slow query log и добавить индексы.
Неправильная структура документов: слишком большие документы усложняют обновления. Решение — нормализация или разделение на поддокументы.
Недостаточное резервное копирование: потеря данных. Решение — регулярные дампы/снепшоты и тесты восстановления.

Критерии приёмки

CRUD API выполняет операции без ошибок в 95+% тестовых запросов (функциональные тесты).
Время ответа для основных операций укладывается в требуемые SLA (определяется проектом).
Документы валидируются до записи, отсутствуют неконсистентные записи.
Резервное копирование выполняется и проверяется восстановлением на тестовом стенде.

Сводка

MongoDB — мощный инструмент для гибкого хранения документов и быстрых итераций над данными. Базовые операции CRUD просты в освоении: insert, find, update и delete. Однако при переходе в production важно продумать безопасность, индексацию, резервное копирование и структуру данных в соответствии с рабочими нагрузками.

Важно: при проектировании всегда ориентируйтесь на реальные запросы приложения — модель данных должна ускорять наиболее частые операции.

Изображение: Alexander Sosluev / Wikimedia Commons