Doc: 数据库操作

1. 概要

本节课程将带你了解如何在 Express 框架中操作 MongoDB 数据库。在这一过程中，你将学习如何在 Ubuntu 系统中安装 MongoDB，并通过 Express 连接数据库，实现基本的增、查操作。本节的核心目标是让你能够通过 MongoDB 存储和查询用户数据，并能理解 Express 和 MongoDB 之间是如何协作的。

通过一个实际的情景案例，我们将模拟开发一个 用户预订查询系统，展示如何通过后端 API 查询存储在 MongoDB 中的用户数据。

新人物介绍

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望月红叶
红叶是青叶的朋友，温泉旅馆的老板的女儿。她最近向青叶介绍了她们旅馆的自助查询系统，青叶十分好奇这个系统是如何运作的。红叶告诉她，旅馆的自助查询系统是通过一个 API 接口获取数据库中的预定信息的，客户只需要输入自己的用户名，就能看到自己的房间信息。红叶决定给青叶大致讲解一下她是如何从数据库中存取数据的。

截至目前，大家的职位如下：

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2. 什么是数据库？

数据库是一个用于存储、管理和查询数据的系统。在 Web 开发中，数据库用来存储各种动态数据，如用户信息、商品列表、订单记录等。

SQL 与 NoSQL 数据库

• SQL（关系型数据库） ：使用结构化的表格来存储数据，数据之间有着严格的关系和约束（例如，表与表之间有外键关系）。常见的 SQL 数据库有 MySQL、PostgreSQL。
• NoSQL（非关系型数据库） ：适合存储非结构化或半结构化的数据，数据存储更加灵活，不需要预先定义表结构。MongoDB 就是一种典型的 NoSQL 数据库，它使用 JSON 样式的文档来存储数据。

MongoDB 的特点

• 文档存储：MongoDB 使用 BSON（类似 JSON）格式来存储数据，数据可以是嵌套的，非常灵活。
• 无模式：与 SQL 数据库不同，MongoDB 不需要提前定义表的结构，可以灵活处理数据。
• 高性能：MongoDB 对大数据量的读写操作优化较好，适合快速开发和处理复杂的查询。

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3. 安装 MongoDB

# 1. 导入 MongoDB 公共 GPG 密钥并存储到新的密钥环
wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-6.0.asc | sudo tee /etc/apt/trusted.gpg.d/mongodb.asc

# 2. 添加 MongoDB 仓库到 APT 配置中
echo "deb [arch=amd64] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu $(lsb_release -sc)/mongodb-org/6.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-6.0.list

# 3. 更新 APT 软件包列表
sudo apt update

# 4. 安装 MongoDB
sudo apt install -y mongodb-org

# 5. 安装 MongoDB Shell（mongosh）
sudo apt install -y mongodb-org-tools

# 6. 启动 MongoDB 服务
sudo systemctl start mongod

# 7. 设置 MongoDB 开机自动启动
sudo systemctl enable mongod

# 8. 检查 MongoDB 是否正常运行
sudo systemctl status mongod

# 9. 使用 mongosh 连接到 MongoDB
mongosh

# 10. 退出mongo终端
.exit

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4. 使用 Express 连接 MongoDB

项目初始化

在本节中，我们将创建一个新的 Express 项目，并将 MongoDB 与项目连接。首先，你需要在 Ubuntu 上创建一个文件夹来存放项目文件。

如果你的环境不完整，请安装。

# 删除旧版本的 Node.js 及相关包（如果存在）
sudo apt-get remove --purge nodejs libnode72
sudo apt autoremove

curl -fsSL https://deb.nodesource.com/setup_18.x | sudo -E bash -
sudo apt install -y nodejs

node -v
npm -v

npm install -g pnpm

pnpm -v

1. 创建项目文件夹

   mkdir week6-database
   cd week6-database

2. 初始化 Node.js 项目使用 pnpm ​ 初始化一个新的 Node.js 项目：

   pnpm init

3. 安装所需依赖我们将使用 express ​ 来搭建服务器， mongoose ​ 来连接 MongoDB 数据库， body-parser ​ 来解析请求体中的 JSON 数据：

   pnpm add express mongoose body-parser

文件结构

以下是我们项目的基本文件结构：

week6-database/
├── server.js          # 服务器的入口文件
├── models/
│   └── user.js        # 用户模型文件
└── package.json       # 项目的依赖配置文件

创建服务器并连接 MongoDB

我们需要在 server.js ​ 中连接到 MongoDB 并启动 Express 服务器。以下是详细的代码：

// 引入依赖
const express = require('express');
const mongoose = require('mongoose');
const bodyParser = require('body-parser');

// 初始化 Express 应用
const app = express();

// 配置请求体解析中间件，解析 JSON 格式的数据
app.use(bodyParser.json());

// 连接 MongoDB 数据库
mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/week6db');

// 获取 MongoDB 连接实例
const db = mongoose.connection;
db.on('error', console.error.bind(console, 'MongoDB 连接错误:'));
db.once('open', () => {
  console.log('MongoDB 已成功连接！');
});

// 启动服务器
const PORT = 3000;
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`服务器已启动，访问地址：http://localhost:${PORT}`);
});

代码讲解

• 引入依赖：

  • ​ express ​ 用于创建后端服务器。
  • ​ mongoose ​ 用于连接 MongoDB 并操作数据库。
  • ​ body-parser ​ 用于解析请求体中的 JSON 数据。

• ​​ app.use(bodyParser.json()) ​ ​：

  • 该行代码告诉 Express 服务器：当请求体是 JSON 格式时，我们将自动解析这些数据并将其放在 req.body ​ 中，方便后续处理。

• ​​ mongoose.connect() ​ ​：

  • 使用 mongoose.connect() ​ 连接到本地 MongoDB 数据库 week6db ​。数据库名可以自定义，如果没有这个数据库，MongoDB 会自动创建它。
  • 参数 useNewUrlParser ​ 和 useUnifiedTopology ​ 是为了确保 MongoDB 使用新的连接方式，避免过时的警告。

• ​​ db.on('error', console.error) ​ ​：

  • 监听数据库连接错误，如果 MongoDB 连接失败，系统会输出错误信息。

• ​​ db.once('open', () => {...}) ​ ​：

  • 当数据库成功连接时，执行回调函数，输出提示信息 MongoDB 已成功连接！ ​。

• ​​ app.listen() ​ ​：

  • 启动服务器监听 3000 端口，表示后端应用可以接收来自客户端的请求。

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5. 定义数据模型

在 MongoDB 中，我们通过定义模型（Schema）来告诉数据库如何存储数据。接下来，我们将在 models/user.js ​ 中定义一个简单的用户数据模型，存储用户的名字和预订日期。

在 models/user.js ​ 文件中添加以下代码 (注意，添加到服务器启动代码前面)：

const mongoose = require('mongoose');

// 定义用户数据模型
const userSchema = new mongoose.Schema({
  name: String,  // 用户名字
  reservationDate: Date,  // 用户预订日期
});

// 导出模型
module.exports = mongoose.model('User', userSchema);

代码讲解

• ​​ mongoose.Schema() ​ ​：

  • 该函数用于定义数据库文档的结构。我们创建了一个 userSchema ​，它包含两个字段：

    • ​ name ​：存储用户的名字，类型为 String ​。
    • ​ reservationDate ​：存储用户的预订日期，类型为 Date ​。

• ​​ mongoose.model() ​ ​：

  • ​ mongoose.model('User', userSchema) ​ 通过 userSchema ​ 创建一个名为 User ​ 的模型。
  • 我们通过 User ​ 模型与 MongoDB 数据库进行交互，进行数据增、删、改、查等操作。

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6. 测试和验证

测试添加用户数据

为了验证是否可以正确插入数据，我们可以编写一个简单的路由来添加用户数据。回到 server.js ​，添加以下代码：

const User = require('./models/user');

// 添加用户数据的路由
app.post('/add-user', async (req, res) => {
  const { name, reservationDate } = req.body;  // 从请求体中提取数据

  try {
    // 创建新用户并保存
    const newUser = new User({ name, reservationDate });
    await newUser.save();
    res.status(201).send('用户数据已保存！');
  } catch (err) {
    res.status(500).send('保存失败：' + err.message);
  }
});

代码讲解

• ​​ app.post('/add-user', async (req, res) => {...}) ​ ​：

  • 这是一个处理 POST 请求的路由，当用户访问 /add-user ​ 路径时，后端将会接收到 POST 请求。

• ​​ new User({...}) ​ ​：

  • 使用 User ​ 模型创建一个新的用户对象，并通过 save() ​ 方法将其保存到 MongoDB 中。

• ​​ res.status(201).send() ​ ​：

  • 如果保存成功，返回 HTTP 状态码 201，并发送响应 用户数据已保存！ ​。

通过 curl 测试接口

使用 curl 命令测试 /add-user ​ 接口：

curl -X POST http://localhost:3000/add-user \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"name": "红叶", "reservationDate": "2024-12-25"}'

如果数据成功插入，你将收到以下响应：

用户数据已保存！

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7. 总结

本节课程介绍了如何在 Express 中安装和配置 MongoDB，以及如何使用 Mongoose 连接 MongoDB 和执行基本的数据库操作。你学习了如何定义数据模型、保存用户数据，并使用 curl 测试接口。通过这一节的学习，你已经具备了在 Express 项目中集成 MongoDB 的基础知识。

下一步，我们将在 Lab 中深入探讨如何查询数据库中的数据，返回用户预订信息。

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