MongoDB数据库

A.教学目的

通过本知识点的学习，使学生了解MongoDB的特点和应用场景，知道MongoDB和关系数据的区别。掌握MongoDB数据库的安装、配置、服务的启动、数据的CRUD操作函数使用、MongoDB索引的使用（唯一索引、地理索引、过期索引、全文索引等）、MapReduce操作实现、用户管理、Java对MongoDB的操作支持。学生学习本知识点后将具备MongoDB数据库的开发能力，并且能够使用MongoDB进行项目开发。

B.教学内容

【知识与技能】

1. MongoDB的优缺点、应用场景、安装和部署

2. MongoDB的CRUD操作函数使用、MongoDB索引的使用

3. MapReduce操作实现、用户管理、Java对MongoDB的操作支持

【课程思政】

讲解过程中，引入优秀数据库华为GaussDB（for MongoDB）作为具体MongoDB产品。GaussDB（for MongoDB）是一款基于华为自研的计算存储分离架构，兼容MongoDB生态的云原生NoSQL数据库，在华为云高性能、高可用、高可靠、高安全、可弹性伸缩的基础上，提供了一键部署、快速备份恢复、计算存储独立扩容、监控告警等服务能力，其性能优于大部分国内外同类数据库。基于此款产品介绍MongoDB,能提升学生民族自豪感，结合中美芯片事件，说明正因为有一批国内优秀基础软件的崛起，中国数据库市场才没有被国外卡脖子。鼓励学生永攀高峰，成为国内基础软件的开拓者和奠基者，为中华民族的伟大复兴做出自己的贡献。

C.教学思想

1.场景创建及问题引导：展示某个特定场景下，关系数据库数据模式存在的问题。

2.问题分析：在上述需求下，关系数据库如何解决特定问题，MongoDB如何解决该问题。

3.解决问题：介绍MongoDB的主要特点和使用场景。

4.思维拓展：介绍华为GaussDB的主要特点和优缺点，培养学生的民族自豪感。

D.教学资源

1.MOOC https://www.icourse163.org/course/UESTC-1458643166

2.华为云服务器 https://auth.huaweicloud.com/

3.GaussDB 官方社区 http://www.opengauss.org

E.教学重点

1.关系数据库在某些应用场景的缺陷。

2.MongoDB的主要语法和适用场景。

F.教学难点

事务隔离机制及其解决的问题

G.教学方法与工具

1. 问题导向法、情景创造法、案例分析法和探究讨论法

2. SPOC线上学习平台

3. 雨课堂

H.教学设计

1.提出问题（创设情景，导入新课）

【案例1】假设存在一个关系数据库，用来维护词典信息。需要存储的信息包括该英文单词的拼写、发音、词性、词意和衍生词，如单词china，包含以下信息：

China

英 [ˈtʃaɪnə] 美 [ˈtʃaɪnə]

• n. 中国
• adj.中国的

衍生词：

Chinese adj.中国的，中国人的；n.中国人

china adj.瓷器的，瓷制的；n.瓷器

需要如何设计该关系型数据库？

表1：单词表（单词编号，单词拼写）

表2：词音表（单词编号，英音/美英，读音）

表3：词意表（单词编号，词性，词意）

表4：衍生词表（单词编号，衍生词编号）

2.升级问题（创设第二情景）

【案例2】在上述数据库设计模式下，如何查询某个单词的所有信息？

答：以单词编号未连接字段对四个表进行连接，查询出该单词的拼写、发音、词意和衍生词编号；再以衍生词编号为连接字段，与单词表、词意表进行连接，查询出衍生词的单词拼写、词性与词意。

如何查询出所有的无任何衍生词的单词？

MongoDB设计该数据库：

假设集合名为dictionary，通过如下语句存储China单词：

3.分析问题

(1) 什么是MangoDB：

MongoDB是高度可伸缩的操作文档数据库，可在开源版本和商业企业版本中使用，它可以在本地运行或作为托管云服务运行。它的文档数据模型为开发人员提供了极大的灵活性，而其分布式体系结构则提供了很好的可伸缩性。

(2) 分析MangoDB的应用场景：

适用场景：

a) 表结构不明确且数据不断变大：MongoDB是非结构化文档数据库，扩展字段很容易且不会影响原有数据。内容管理或者博客平台等，例如圈子系统，存储用户评论之类的。

b) 更高的写入负载：MongoDB侧重高数据写入的性能，而非事务安全，适合业务系统中有大量“低价值”数据的场景。本身存的就是json格式数据。例如做日志系统。

c) 数据量很大或者将来会变得很大：Mysql单表数据量达到5-10G时会出现明细的性能降级，需要做数据的水平和垂直拆分、库的拆分完成扩展，MongoDB内建了sharding、很多数据分片的特性，容易水平扩展，比较好的适应大数据量增长的需求。

不适用场景：

a) MongoDB不支持事务操作，需要用到事务的应用建议不用MongoDB。

b) MongoDB目前不支持join操作，需要复杂查询的应用也不建议使用MongoDB。

4.拓展延伸（课程思政）

讲解华为数据库GaussDB的发展历程与性能等，培养学生的民族自豪感。

华为的主要用户当以金融银行企业最具有代表性。从信息安全角度，国产数据库对于中国整个行业意义重大。目前，GaussDB数据库已经在工商银行、招商银行广泛使用，能很好地满足金融行业对数据可靠性和数据处理速度的需求。

GaussDB具有高性能、高可用、高安全、易运维和全开放等特性。尽管与Oracle、SQL Server等其他知名国外数据库产品比，GaussDB还很稚嫩，但已经具有了一些自己独有的优势。

l GaussDB产品可以支持X86、ARM、GPU、NPU等异构架构。可以看出，未来的目标市场不只是国产服务器市场，可能还包括未来5G带来更多的计算应用场景。

l GaussDB是业界首个AI-Native（人工智能原生态）数据库，首次将人工智能技术融入分布式数据库的全生命周期，实现自运维、自管理、自调优、故障自诊断和自愈。首创基于深度强化学习的自调优算法，调优性能比业界提升60%以上。

l GaussDB可以完成建立在华为IT架构的底层生态之上，包括网络设备、芯片、操作系统、云计算、人工智能等，这些在华为IT体系内部是高度耦合的。

GaussDB客户案例：

GaussDB在金融、航天等关键领域的应用，对国家的信息安全与数据安全具有重大意义，能够防止西方国家在关键技术领域对中国的卡脖子行为，有利于中国信息产业生态的构建。基于此款产品介绍MongoDB,能提升学生民族自豪感，结合中美芯片事件，说明正因为有一批国内优秀基础软件的崛起，中国数据库市场才没有被国外卡脖子。鼓励学生成为国内基础软件的开拓者和奠基者，为中华民族的伟大复兴做出自己的贡献。

同时，在华为GaussDB发布中有一行文字：向数学致敬、向科学家致敬。前人的积累必将影响我们现在的科技。GaussDB，不仅蕴含着华为对数学和科学的敬畏，也承载着华为对基础软件的坚持和梦想，以及我们中国人对国产数据库乃至信息产业的未来与希望。鼓励学生永攀高峰，学习科学家用于探索的精神。

I. 作业

完成购物场景下MongoDB数据库的设计。