Учебник MongoDB для начинающих

Программа курса

1. 1 Введение в MongoDB

   1. Что такое документоориентированная БД

      MongoDB и документоориентированная модель: чем NoSQL-документная БД отличается от реляционной и где она уместна.

   2. Документы, коллекции и базы

      Документ, коллекция и база в MongoDB: BSON против JSON и таблица соответствия реляционным понятиям.

   3. Установка: Atlas, Docker и mongosh

      Как поднять MongoDB: облако Atlas, локальный Docker-контейнер и подключение через mongosh.

   4. Первые команды в mongosh

      Первые шаги в mongosh: вставка документа, чтение через find и удаление — базовый цикл работы с коллекцией.

2. 2 CRUD: создание и чтение

   1. Вставка: insertOne и insertMany

      Как добавлять документы в MongoDB: insertOne и insertMany, упорядоченная и неупорядоченная вставка.

   2. Поле _id и тип ObjectId

      Зачем нужно поле _id, как устроен ObjectId и можно ли задавать собственный идентификатор документа.

   3. Чтение и операторы запроса

      Чтение документов в MongoDB: фильтры в find и операторы запроса $gt, $lt, $in, $exists, $and, $or.

   4. Проекции, сортировка и пагинация

      Управление выдачей в MongoDB: проекция полей, sort для сортировки и limit/skip для постраничной выборки.

3. 3 CRUD: обновление и удаление

   1. Обновление: updateOne и updateMany

      Обновление документов в MongoDB: updateOne и updateMany и оператор $set для изменения полей.

   2. Операторы обновления полей

      Операторы обновления MongoDB: $set, $unset, $inc, $mul, $rename и $min/$max для изменения полей.

   3. Работа с массивами в документах

      Изменение массивов в MongoDB: $push, $pull, $addToSet, $each и оператор позиции для элементов массива.

   4. upsert, replaceOne и удаление

      upsert «обнови или вставь», полная замена replaceOne и удаление документов через deleteOne и deleteMany.

4. 4 Моделирование данных

   1. Встраивание против ссылок

      Embedding и referencing в MongoDB: когда вкладывать связанные данные в документ, а когда хранить ссылки.

   2. Связи: один-ко-многим и многие-ко-многим

      Моделирование связей в MongoDB: один-ко-многим через встраивание или массив ссылок и многие-ко-многим.

   3. Денормализация и дублирование

      Денормализация в MongoDB: когда осознанное дублирование данных ускоряет чтение и как с ним жить.

   4. Схема, валидация и антипаттерны

      Схема в «бессхемной» MongoDB: соглашения о структуре, JSON Schema-валидация и типичные антипаттерны.

5. 5 Агрегация и индексы

   1. Конвейер агрегации: $match, $group, $sort

      Конвейер агрегации MongoDB: этапы $match, $group и $sort для фильтрации, группировки и сортировки данных.

   2. Аккумуляторы, $project и $lookup

      Аккумуляторы $sum/$avg/$min/$max, преобразование полей через $project и объединение коллекций через $lookup.

   3. Индексы: зачем и какие бывают

      Индексы в MongoDB: createIndex, составные и уникальные индексы и почему без них запросы тормозят.

   4. explain: как понять, что делает запрос

      Анализ запросов в MongoDB через explain: как увидеть, использует ли запрос индекс или сканирует коллекцию.

6. 6 Практика и экосистема

   1. MongoDB из приложения: драйвер Node.js

      Работа с MongoDB из приложения на Node.js: подключение драйвером, базовые операции и async/await.

   2. Транзакции, репликация и шардирование

      Транзакции для многодокументных операций, репликация для надёжности и шардирование для масштабирования в MongoDB.

   3. Проектируем схему: блог и магазин

      Практика проектирования схемы MongoDB: модель данных для блога и интернет-магазина с встраиванием и ссылками.

   4. Итоги и что дальше

      Краткое повторение ключевых идей MongoDB и ориентиры для дальнейшего изучения: Atlas, агрегации, производительность.

7. 7 Конвейер агрегации вглубь

   1. Этапы конвейера: $match, $group, $project, $sort

      Этапы aggregation pipeline в MongoDB: $match, $group с аккумуляторами $sum/$avg/$push, $project и $addFields, $sort и зачем ранний $match.

   2. Соединения: $lookup и $unwind

      Соединения в MongoDB: $lookup как левый JOIN по localField/foreignField, $unwind для массивов, pipeline-форма $lookup и когда денормализация выгоднее.

   3. $facet, $bucket, $graphLookup

      Продвинутые этапы агрегации MongoDB: подитоги одним проходом через $facet, гистограммы $bucket/$bucketAuto, иерархии $graphLookup и материализация $merge/$out.

   4. Производительность агрегаций

      Как ускорить агрегации MongoDB: ранний $match и $sort до $group, использование индексов на первых этапах, чтение плана через explain, лимит памяти 100 МБ и allowDiskUse, ранний $project.

8. 8 Индексы и производительность

   1. Типы индексов: составные, multikey, текстовые, геопространственные

      Все типы индексов MongoDB: одиночные и составные, multikey по массивам, текстовый поиск, 2dsphere для гео, а также уникальные и частичные индексы.

   2. Правило ESR и порядок полей в составном индексе

      Правило ESR (Equality, Sort, Range) для порядка полей в составном индексе MongoDB. Почему порядок важен, что такое префикс и как заменить много индексов одним.

   3. explain() и покрывающие запросы

      Как читать explain() executionStats в MongoDB: IXSCAN против COLLSCAN, метрики totalKeysExamined и totalDocsExamined, покрывающие запросы из индекса.

   4. Грабли производительности

      Антипаттерны производительности MongoDB: лимит документа 16 МБ, неограниченный рост массивов, сортировка без индекса, regex без префикса, $where и плохая схема.

9. 9 Транзакции и согласованность

   1. Атомарность на уровне документа

      Почему любая операция над одним документом в MongoDB атомарна, как встраивание убирает нужду в транзакциях и почему $inc и $push безопасны при конкуренции.

   2. Многодокументные транзакции

      Многодокументные транзакции в MongoDB: session.startTransaction/commit/abort, когда они реально нужны, чего стоят и почему обязательны ретраи при TransientTransactionError.

   3. Read concern и Write concern

      Read concern и write concern в MongoDB: w:1 против majority, journal, уровни local/majority/linearizable и компромисс между скоростью записи и надёжностью данных.

   4. Модели согласованности и retryable writes

      Причинная согласованность, read-your-writes, retryable writes и reads в MongoDB, чтение со вторичных узлов и риск устаревания данных при масштабировании чтения.

10. 10 Репликация, шардирование и эксплуатация

    1. Replica Set: отказоустойчивость

       Replica set в MongoDB: роли primary, secondary и arbiter, выборы primary и автоматический failover, oplog, write concern и чтение со вторичных узлов.

    2. Шардирование: горизонтальное масштабирование

       Шардирование MongoDB: зачем оно нужно, выбор shard key как важнейшее решение, chunks и balancer, hashed против ranged, частые ошибки выбора ключа.

    3. Change Streams и реактивность

       Change Streams в MongoDB: отслеживание изменений в реальном времени через watch(), уведомления и синхронизация, resume token и устойчивость к разрывам.

    4. Эксплуатация: бэкапы, валидация схемы, Atlas

       Эксплуатация MongoDB: mongodump и mongorestore, валидация коллекции через $jsonSchema, мониторинг, облако MongoDB Atlas и базовая безопасность с RBAC.