3.3 非关系型数据库存储_Python 3网络爬虫实战-QQ阅读男生武侠网

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3.3　非关系型数据库存储

严格来说，非关系型数据库不是一种数据库，应该是一种数据结构化存储方法的集合，可以是文档或者“键-值对”（Key-Value Pair）等。

相比关系型数据库（比如SQLite），非关系型数据库具有以下优点：

格式灵活：存储数据的格式可以是“键-值”（Key-Value）形式、文档形式、图片形式等，使用灵活，应用场景广泛，而关系型数据库则只支持基础类型。
速度快：NoSQL可以使用硬盘或者随机存储器作为载体，而关系型数据库只能使用硬盘。
高扩展性。
成本低：NoSQL数据库部署简单，基本都是开源软件。

同时非关系型数据库与关系型数据库相比有以下缺点：

不提供SQL支持，学习和使用成本较高。
无事务处理。
数据结构相对复杂，复杂查询方面稍微欠缺。

这一节来重点介绍在Python中如何对非关系型数据库MongoDB进行操作。

3.3.1　安装数据库

MongoDB是一个基于分布式文件存储的数据库，由C++语言编写，旨在为Web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。MongoDB是介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库中功能最丰富、最像关系数据库的。MongoDB是目前流行的NoSQL数据库之一，使用的数据类型为BSON（类似于JSON）。本小节先来介绍如何安装MongoDB数据库。

步骤01　MongoDB提供了可用于32位和64位系统的预编译二进制包，用户可以从MongoDB官网下载安装，MongoDB预编译二进制包下载地址为：

    http://dl.mongodb.org/dl/win32/x86_64

注意

在MongoDB 2.2版本后已经不再支持Windows XP系统，最新版本也已经没有了32位系统的安装文件。

步骤02　根据用户所使用的系统下载对应的32位或64位的 .msi文件，下载后双击该文件，按操作提示安装即可。

步骤03　安装过程中，可以通过单击“Custom”按钮来设置安装目录，如图3-19所示。

图3-19　选择安装类型

步骤04　下一步不勾选“install mongoDB compass”选项，否则可能很长时间都在执行安装。MongoDB Compass是一个图形界面管理工具，我们可以自己到官网下载安装，下载地址：https://www.mongodb.com/download-center/compass。

MongoDB将数据目录放在db目录下。但是这个数据目录不会主动创建，我们在安装完成后需要创建它。注意，数据目录应该放在根目录下（如C:\或者D:\等）。

本例我们已经在D盘安装了MongoDB，现在创建一个data的目录，然后在data目录中创建db目录。

步骤05　安装成功之后，下面尝试运行服务器。

为了在“命令提示符”窗口中运行MongoDB服务器，必须在MongoDB目录的bin目录中执行mongod.exe文件。

    D:\MongoDB\Server\3.4\bin\mongod --dbpath D:\data\db

如果执行成功，就会输出如图3-20所示的信息。

图3-20　运行服务器

步骤06　在“命令提示符”窗口中运行mongo.exe命令即可连接上MongoDB，命令如下：

    D:\MongoDB\Server\3.4\bin\mongo.exe

执行命令之后将打开mongo命令窗口，如图3-21所示。

图3-21　mongo命令窗口

mongo命令窗口是一个JavaScript Shell，用户可以运行一些简单的数学运算，如图3-22所示。

图3-22　在mongo命令窗口中执行数学运算

在该窗口中，使用db命令可以查看当前操作的文档（数据库），如图3-23所示。

图3-23　使用db命令查看当前操作的文档

步骤07　要想在Python中使用MongoDB，还需要安装Python的pymongo模块。由于该模块并不是Python自带的，因此需要单独安装。使用pip安装工具即可安装该模块。

    pip install pymongo

安装成功，如图3-24所示。

图3-24　成功安装pymongo模块

之后可以测试是否成功安装，在Python代码中导入pymongo模块，代码如下：

    import pymongo

如果没有错误提示，就说明成功安装。

3.3.2　MongoDB概念解析

3.3.1小节成功安装了MongoDB数据库，这一小节来了解关于MongoDB的一些基本概念。

常见的SQL中的概念与MongoDB中对应的概念及其含义如表3-3所示。

表3-3　SQL与MongoDB概念对比

查看表3-3可以发现，MongoDB中一些概念与常规SQL存在不同之处，比如常规的表，MongoDB中叫作集合，常规的记录，MongoDB中叫作文档。关于这些内容将在后续学习中详细为大家介绍。

3.3.3　创建数据库

创建数据库需要使用MongoClient对象，并且指定连接的URL地址和要创建的数据库名。

下面通过示例来说明如何在数据库中创建表。

【示例3-19】创建数据库

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]

以上代码首先导入pymongo模块，然后连接到本地mongodb服务，最后尝试创建数据库。

注意

在MongoDB中，数据库只有在插入内容后才会创建。也就是说，数据库创建后，要创建集合（数据表）并插入一个文档（记录），数据库才会真正创建。

下面的示例将演示如何读取MongoDB中的所有数据库，并判断指定的数据库是否存在。

【示例3-20】获取所有数据库

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
    dblist = myclient.list_database_names()
    print(dblist)
    if "runoobdb" in dblist:
        print("指定数据库已存在！")
    else:
        print("指定数据库不存在！")

以上代码调用list_database_names()方法获取当前所有的数据库，并输出获取结果，然后判断指定的数据库是否存在，并根据结果输出不同的内容。执行代码，其结果如图3-25所示。

图3-25　获取所有数据库

3.3.4　创建集合

MongoDB中的集合类似于SQL中的表。在MongoDB中要创建一个集合，可以使用数据库对象来创建。

【示例3-21】创建集合

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]

以上代码通过数据库对象来创建集合，执行代码会执行创建集合操作。

注意

在MongoDB中，集合只有在插入内容后才会创建。也就是说，创建集合（数据表）后要再插入一个文档（记录），集合才会真正创建。

3.3.5　插入文档

MongoDB中的一个文档类似于SQL的表中的一条记录。要在集合中插入文档，可以调用insert_one()方法，该方法的参数是字典（name => value，键-值对）。

以下示例向sites集合中插入文档。

【示例3-22】插入文档

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    mydict = { "name": "RUNOOB", "alexa": "10000", "url":
"https://www.runoob.com" }
    x = mycol.insert_one(mydict)
    print(x)

以上代码通过insert_one()方法将指定的字典数据添加到集合中，并将结果输出。执行以上代码的结果如图3-26所示。

图3-26　插入文档

之所以出现如图3-26所示的结果，是因为insert_one() 方法返回InsertOneResult对象，该对象包含inserted_id属性，它是插入文档的ID值。

【示例3-23】返回插入文档的ID值

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient('mongodb://localhost:27017/')
    mydb = myclient['runoobdb']
    mycol = mydb["sites"]
    mydict = { "name": "Google", "alexa": "1", "url":
"https://www.google.com" }
    x = mycol.insert_one(mydict)
    print(x.inserted_id)

以上代码通过InsertOneResult对象的inserted_id属性获取插入记录的ID值。执行代码，输出结果如图3-27所示。

图3-27　返回插入文档的ID值

如果我们在插入文档时没有指定 _id, MongoDB就会为每个文档添加唯一的ID。

除了一次插入一个文档之外，集合中还支持一次插入多个文档，调用insert_many()方法即可。该方法的第一个参数是字典列表。insert_many()方法返回InsertManyResult对象，该对象包含inserted_ids属性，该属性保存着所有插入文档的ID值。

【示例3-24】插入多个文档

以上代码定义了一个字典列表，其中包含所有需要一次性插入的文档内容，然后调用insert_many()方法将所有文档内容插入集合中。执行以上代码，其结果如图3-28所示。

图3-28　插入多个文档

3.3.6　查询集合数据

MongoDB支持从所有集合数据中进行查找，调用find和find_one方法即可查询集合中的数据，类似于SQL中的SELECT语句。

如果要查询集合中的一条数据，那么可以调用find_one()方法来查询。

【示例3-25】查询一条数据

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    x = mycol.find_one()
    print(x)

以上代码调用find_one()方法查询一条数据，并将结果进行输出。执行以上代码，其结果如图3-29所示。

图3-29　查询一条数据

除了可以调用find_one()方法查询一条数据外，还可以调用find()方法查询集合中的所有数据，类似于SQL中的SELECT *操作。

【示例3-26】查询所有数据

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    for x in mycol.find():
        print(x)

以上代码调用集合的find ()方法查询所有数据，并通过遍历输出所有结果。执行以上代码，其结果如图3-30所示。

图3-30　查询所有数据

为了获取指定的结果，可以在find()中设置参数来过滤数据，类似于SQL中的SELECT语句的WHERE子句。

【示例3-27】有条件地查询数据

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    myquery = { "name": "Google" }
    mydoc = mycol.find(myquery)
    for x in mydoc:
        print(x)

以上代码调用find ()方法查询数据时定义了字典，用于限定条件，即只返回所有name为Google的文档。执行以上代码，其结果如图3-31所示。

图3-31　限定条件的查询

3.3.7　修改记录

用户可以在MongoDB中调用update_one()方法修改文档中的记录。该方法第一个参数为查询的条件，第二个参数为要修改的字段。如果查找到的匹配数据多于一条，就只修改第一条。

下面的示例将alexa字段的值10000改为12345。

【示例3-28】修改记录

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    myquery = { "alexa": "10000" }
    newvalues = { "$set": { "alexa": "12345" } }
    mycol.update_one(myquery, newvalues)
    print("输出修改后的sites 集合")
    for x in mycol.find():
        print(x)

以上代码调用update_one()方法修改一条记录，参数分别为限制条件的字典与修改为新值的字典。执行以上代码，其结果如图3-32所示。

图3-32　修改记录

从图3-32的执行结果可以看到，相应记录的值已经被修改为新的指定内容。

3.3.8　数据排序

在Python中，使用MongoDB还可以通过查询结果对象的sort()方法对集合数据进行排序。sort() 方法可以指定升序或降序排序。

sort() 方法的第一个参数为要排序的字段，第二个参数指定排序规则：1为升序，-1为降序，默认为升序。

下面的示例将演示对字段alexa按升序排序。

【示例3-29】对集合中的数据进行排序

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    mydoc = mycol.find().sort("alexa")
    for x in mydoc:
        print(x)

以上代码对查询的结果调用sort()方法进行排序，其中指定要排序的字段为alexa，并按升序排序。然后通过遍历输出排序后的结果。执行该代码，其结果如图3-33所示。

图3-33　数据排序

查看图3-33的执行结果，对比前面的查询结果可以发现，对alexa按照从小到大的顺序进行了排序，从1、10、100、103、109到12345，从而实现了排序操作。

3.3.9　删除文档

如果数据库集合中的文档不再需要，就可以调用delete_one()方法来删除，该方法的第一个参数为查询对象，指定要删除哪些数据。

【示例3-30】删除文档

    import pymongo
    myclient = pymongo.MongoClient("mongodb://localhost:27017/")
    mydb = myclient["runoobdb"]
    mycol = mydb["sites"]
    myquery = { "name": "Taobao" }
    mycol.delete_one(myquery)
    # 删除后输出
    for x in mycol.find():
        print(x)

以上代码执行集合的delete_one()方法实现删除文档的操作，其中为文档提供的参数为“键-值对”组合，即需要删除的文档的条件是name为Taobao的内容。执行以上代码将会删除指定文档，结果如图3-34所示。

图3-34　删除文档

查看图3-34的执行结果，对比前面的结果，可以发现name为Taobao的文档数据内容被成功删除。