MongoDB中自动增长ID详解：实现、应用及优化
在MongoDB中，自动增长的功能主要通过使用数据库的ObjectId或自定义的序列来实现。ObjectId是MongoDB默认的主键类型，它是唯一的并且具有一定的排序特性。然而，在某些场景下，可能需要使用自定义的自动增长ID，例如在某些遗留系统中或者为了更好的用户体验。
基本语法和命令
使用ObjectId
ObjectId是MongoDB默认的主键类型，它由12字节组成，包括时间戳、机器标识符、进程ID和计数器。每次插入新文档时，MongoDB会自动生成一个新的ObjectId。
插入新文档时，_id字段会自动生成：
db.collection.insertOne({name: "example"})
自定义自动增长ID
如果需要自定义自动增长ID，可以使用以下方法：
-
创建计数器集合：
创建一个专门的集合来存储序列计数器。
db.createCollection("counters") db.counters.insertOne({_id: "productid", seq: 0}) -
定义获取下一个序列值的函数：
使用findAndModify原子操作来获取并增加序列值。
function getNextSequence(name) { var ret = db.counters.findAndModify({ query: { _id: name }, update: { $inc: { seq: 1 } }, new: true }); return ret.seq; } -
插入新文档并使用自定义ID：
在插入新文档时，调用该函数以生成新的ID。
db.products.insertOne({ _id: getNextSequence("productid"), name: "example" })
示例
以下是完整的示例代码：
-
创建计数器集合并插入初始值：
db.counters.insertOne({_id: "userid", seq: 0}) -
定义获取下一个序列值的函数：
function getNextSequence(name) { var ret = db.counters.findAndModify({ query: { _id: name }, update: { $inc: { seq: 1 } }, new: true }); return ret.seq; } -
插入新文档并使用自定义ID：
db.users.insertOne({ _id: getNextSequence("userid"), name: "John Doe" })
应用场景
1. 遗留系统迁移
详解：
在许多企业中，遗留系统使用关系数据库（如MySQL、PostgreSQL等），并依赖于自增ID作为主键。如果计划将这些系统迁移到MongoDB中，直接使用MongoDB的ObjectId可能会导致兼容性问题或破坏现有业务逻辑。因此，自定义自动增长ID可以简化迁移过程，保留原有系统的ID生成机制。
示例场景：
假设一家电子商务公司决定将其产品数据库从MySQL迁移到MongoDB。原系统中的产品ID是自增的整数。
// MySQL中的产品表
CREATE TABLE products (
id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(255),
price DECIMAL(10, 2)
);
// 原有数据
INSERT INTO products (name, price) VALUES ('Laptop', 999.99), ('Smartphone', 699.99);
在迁移到MongoDB时，需要保留这些自增的ID。
// 在MongoDB中创建计数器集合
db.counters.insertOne({_id: "productid", seq: 2}) // 假设MySQL中已有两个产品
// 定义获取下一个序列值的函数
function getNextSequence(name) {
var ret = db.counters.findAndModify({
query: { _id: name },
update: { $inc: { seq: 1 } },
new: true
});
return ret.seq;
}
// 插入新产品时使用自定义ID
db.products.insertOne({
_id: getNextSequence("productid"),
name: "Tablet",
price: 499.99
});
2. 用户友好ID
详解：
对于前端用户，使用连续的、自增的数字ID比使用ObjectId更友好、更容易记忆。特别是在需要用户手动输入或引用ID的场景中，自增ID会更简洁、易读。
示例场景：
一个博客平台希望用户能够通过短链接直接访问文章。使用自增ID可以生成短链接，提升用户体验。
// 创建计数器集合
db.counters.insertOne({_id: "postid", seq: 0})
// 定义获取下一个序列值的函数
function getNextSequence(name) {
var ret = db.counters.findAndModify({
query: { _id: name },
update: { $inc: { seq: 1 } },
new: true
});
return ret.seq;
}
// 插入新文章时使用自定义ID
db.posts.insertOne({
_id: getNextSequence("postid"),
title: "How to Use MongoDB",
content: "MongoDB is a NoSQL database..."
});
// 生成的短链接
var postId = getNextSequence("postid");
var shortLink = `http://blogplatform.com/post/${postId}`; // http://blogplatform.com/post/1
3. 特定业务需求
详解：
某些业务逻辑需要使用连续的、自增的数字ID。例如，订单管理系统可能需要连续的订单号，以便于财务对账和客户查询。
示例场景：
一家在线零售商需要为每个订单生成连续的订单号，以便于物流跟踪和客户服务。
// 创建计数器集合
db.counters.insertOne({_id: "orderid", seq: 1000}) // 假设订单号从1001开始
// 定义获取下一个序列值的函数
function getNextSequence(name) {
var ret = db.counters.findAndModify({
query: { _id: name },
update: { $inc: { seq: 1 } },
new: true
});
return ret.seq;
}
// 插入新订单时使用自定义ID
db.orders.insertOne({
_id: getNextSequence("orderid"),
customerName: "Alice",
items: [
{productId: 1, quantity: 2},
{productId: 2, quantity: 1}
],
total: 1699.97
});
// 新生成的订单号
var orderId = getNextSequence("orderid");
console.log("New Order ID: " + orderId); // New Order ID: 1001
注意事项
1. 并发问题
详解：
在高并发环境中，多个请求同时访问计数器集合时，必须确保findAndModify操作是原子的，以避免生成重复ID。MongoDB的findAndModify操作是原子的，它可以保证在高并发环境下每次操作都是唯一的，从而避免重复ID的生成。
示例代码：
假设有一个计数器集合counters，我们使用以下代码来确保原子性：
// 获取下一个自增ID的函数
function getNextSequenceValue(sequenceName) {
var sequenceDocument = db.counters.findAndModify({
query: { _id: sequenceName },
update: { $inc: { sequence_value: 1 } },
new: true,
upsert: true
});
return sequenceDocument.sequence_value;
}
// 使用示例
var nextUserId = getNextSequenceValue('user_id');
db.users.insert({ _id: nextUserId, name: "John Doe" });
2. 性能影响
详解：
频繁更新计数器集合可能会成为性能瓶颈，尤其是在高并发环境中。每次获取新的ID都需要对计数器集合进行读写操作。这种频繁的读写操作可能会影响数据库的整体性能。为了解决这个问题，可以考虑使用分布式ID生成算法，如Twitter的Snowflake，它生成的ID不仅是唯一的，而且是分布式的，不需要频繁访问数据库。
示例代码：
使用JavaScript实现简单版的Snowflake算法：
class Snowflake {
constructor(workerId, datacenterId, sequence = 0) {
this.workerId = workerId;
this.datacenterId = datacenterId;
this.sequence = sequence;
this.twepoch = 1288834974657n;
this.workerIdBits = 5n;
this.datacenterIdBits = 5n;
this.maxWorkerId = -1n ^ (-1n
let timestamp = this.timeGen();
while (timestamp
timestamp = this.timeGen();
}
return timestamp;
}
timeGen() {
return BigInt(Date.now());
}
nextId() {
let timestamp = this.timeGen();
if (timestamp 
