深入分析mongoDB原子操作

所周知，Redis采用的是异步I/O非阻塞的单进程模型，每一条Redis命令都是原子性的。那么mongoDB呢？ mongo有哪些原子操作呢？有哪些实现事务性操作的技巧呢？

1.对单个文档进行原子性修改

mongoDB保证了对单个document的多个filed的原子性修改。如果需要对单个文档进行原子性的CAS操作(check and set)，可以使用findAndModify操作。

比如下面就是一条原子性的CAS操作，首先选择_id为123的文档（注意这里只选择了一个文档），然后对计数器count加1，将status字段变为true，并返回修改后的结果。

db.colleciton.findAndModify({query:{_id:'123'},$inc:{count:1},$update:{status:true}},new:true);

2.对多个文档使用$isolate操作符

$isolate操作符可以对多个文档的修改提供隔离性。针对其他线程的并发写操作，$isolate保证了提交前其他线程无法修改对应的文档。针对其他线程的读操作，$isolate保证了其他线程读取不到未提交的数据。

但是$isolate有验证的性能问题，因为这种情况下线程持有锁的时间较长，严重的影响mongo的并发性。另外，$isolate也无法保证多个文档修改的一致性(all-or-nothing)，$isolate失败是可能只修改了部分文档。

3.从语义层面实现事务性操作

mongoDB官方提供了一种做法，即两阶段提交(two-phase commit)，基本的原理就是利用了写操作的幂等性。具体实现可以看官网的详细讲解。但是利用幂等性来实现事务性有一个重要的前置条件：业务不在乎中间态的不一致。幂等性可以保证最终的一致性，但是会出现中间的不一致状态。

例子

原子操作数据模型

考虑下面的例子，图书馆的书籍及结账信息。

实例说明了在一个相同的文档中如何确保嵌入字段关联原子操作（update：更新）的字段是同步的。

book = {
          _id: 123456789,
          title: "MongoDB: The Definitive Guide",
          author: [ "Kristina Chodorow", "Mike Dirolf" ],
          published_date: ISODate("2010-09-24"),
          pages: 216,
          language: "English",
          publisher_id: "oreilly",
          available: 3,
          checkout: [ { by: "joe", date: ISODate("2012-10-15") } ]
        }
你可以使用 db.collection.findAndModify() 方法来判断书籍是否可结算并更新新的结算信息。

在同一个文档中嵌入的 available 和 checkout 字段来确保这些字段是同步更新的:

db.books.findAndModify ( {
   query: {
            _id: 123456789,
            available: { $gt: 0 }
          },
   update: {
             $inc: { available: -1 },
             $push: { checkout: { by: "abc", date: new Date() } }
           }
} )

原子操作常用命令

$set

用来指定一个键并更新键值，若键不存在并创建。

{ $set : { field : value } }
$unset

用来删除一个键。

{ $unset : { field : 1} }
$inc

$inc可以对文档的某个值为数字型（只能为满足要求的数字）的键进行增减的操作。

{ $inc : { field : value } }
$push

用法：

{ $push : { field : value } }

把value追加到field里面去，field一定要是数组类型才行，如果field不存在，会新增一个数组类型加进去。

$pushAll

同$push,只是一次可以追加多个值到一个数组字段内。

{ $pushAll : { field : value_array } }
$pull

从数组field内删除一个等于value值。

{ $pull : { field : _value } }
$addToSet

增加一个值到数组内，而且只有当这个值不在数组内才增加。

$pop

删除数组的第一个或最后一个元素

{ $pop : { field : 1 } }
$rename

修改字段名称

{ $rename : { old_field_name : new_field_name } }
$bit

位操作，integer类型

{$bit : { field : {and : 5}}}

偏移操作符

> t.find() { "_id" : ObjectId("4b97e62bf1d8c7152c9ccb74"), "title" : "ABC", "comments" : [ { "by" : "joe", "votes" : 3 }, { "by" : "jane", "votes" : 7 } ] }
 
> t.update( {'comments.by':'joe'}, {$inc:{'comments.$.votes':1}}, false, true )
 
> t.find() { "_id" : ObjectId("4b97e62bf1d8c7152c9ccb74"), "title" : "ABC", "comments" : [ { "by" : "joe", "votes" : 4 }, { "by" : "jane", "votes" : 7 } ] }