MongoDB 시작하기와 CRUD

MongoDB는 데이터를 JSON과 비슷한 문서(document, 내부적으로 BSON) 단위로 저장하는 NoSQL DB다. 문서들이 모여 컬렉션(collection)을, 컬렉션들이 모여 데이터베이스를 이룬다. RDB에 대응하면 테이블 ≈ 컬렉션, 행 ≈ 문서, 열 ≈ 필드다.

Atlas(클라우드)로 시작하기

MongoDB Atlas는 MongoDB를 직접 설치하지 않고 클라우드에서 쓰는 관리형 서비스다. 무료 클러스터로 충분히 실습할 수 있다.

1. 회원가입 → Organization·Project 생성 → 무료(Free/M0) 클러스터 생성
2. Network Access: 접속을 허용할 IP 등록. 실습에서는 Allow access from anywhere(0.0.0.0/0)를 쓰기도 하지만, 운영에서는 서버 IP만 허용한다.
3. Database Access: DB 사용자(아이디·비밀번호) 생성
4. Connect: 접속 방법 선택
   • Compass: 공식 GUI 클라이언트. 접속 문자열을 붙여 넣어 데이터를 눈으로 확인·편집
   • Drivers: 애플리케이션용 접속 문자열 mongodb+srv://<user>:<password>@<cluster-host>/<db>?retryWrites=true&w=majority

접속 문자열에는 비밀번호가 들어가므로 코드에 쓰지 말고 환경 변수로 관리한다.

기본 CRUD (mongosh)

use cats                                   // DB 선택 (없으면 첫 저장 시 생성)
 
// Create
db.users.insertOne({ name: 'blue', age: 8 })
db.users.insertMany([{ name: 'som', age: 4 }, { name: 'lean', age: 6 }])
 
// Read
db.users.find()                            // 전체
db.users.find({ age: { $gte: 5 } })        // 조건 (age >= 5)
db.users.findOne({ name: 'blue' })
 
// Update
db.users.updateOne({ name: 'blue' }, { $set: { age: 9 } })
 
// Delete
db.users.deleteOne({ name: 'lean' })

• 문서마다 고유한 _id(ObjectId)가 자동으로 붙는다.
• 비교 연산자는 $gt, $gte, $lt, $lte, $in 등, 수정 연산자는 $set, $inc, $push 등을 쓴다.
• Compass에서도 같은 작업을 GUI로 할 수 있다.

애플리케이션에서: Mongoose

Node.js에서는 보통 Mongoose(ODM)를 쓴다. 스키마를 정의해 문서 구조와 검증 규칙을 정하고, 조회한 문서를 JavaScript 객체로 다룬다.

const cat = await Cat.create({ email, name, password });
const found = await Cat.findOne({ email });
const exists = await Cat.exists({ email });   // { _id } 또는 null

NestJS에서의 사용법은 Mongoose 스키마 노트에 정리했다.

샤딩: mongos, config server, shard

MongoDB는 샤딩을 DB 안에 내장한다. 샤딩된 클러스터(sharded cluster)는 세 구성 요소로 이뤄진다.

flowchart LR
  app["앱"] --> mongos["mongos (여러 대, 무상태)"]
  mongos --> a["shard A (레플리카 셋)"]
  mongos --> b["shard B (레플리카 셋)"]
  mongos --> c["shard C (레플리카 셋)"]
  mongos -->|"메타데이터 캐시"| cfg["config server (레플리카 셋)"]

샤드 키는 범위(ranged) 또는 해시(hashed)로 고른다. 범위는 범위 조회가 한 샤드에서 끝나지만 단조 증가 키면 쓰기가 마지막 샤드로 몰리고, 해시는 고르게 퍼지는 대신 범위 조회가 모든 샤드로 간다. 샤드 키를 고르는 기준은 데이터베이스 샤딩에 있다. 잘못 고른 키는 reshardCollection(5.0부터)으로 무중단으로 바꿀 수 있지만, 컬렉션 전체를 다시 쓰는 무거운 작업이다.

청크와 밸런서

• 청크(chunk) 는 샤드 키 값의 연속된 구간(하한 이상, 상한 미만)과 그 구간의 문서 묶음이다. 데이터를 샤드 사이로 옮기는 단위이고, config server가 「청크 → 샤드」 매핑을 관리한다. 기본 크기는 128MB다.
• 밸런서(balancer) 는 config server 레플리카 셋의 primary에서 도는 백그라운드 프로세스다. 샤드 사이의 데이터 양 차이가 임계값을 넘으면 많은 샤드에서 적은 샤드로 구간을 옮긴다(chunk migration). 옮기는 동안 원본 샤드가 계속 읽기·쓰기를 받고, 복사가 끝나면 메타데이터를 바꿔 전환한다.
• 6.0부터 밸런서는 청크 개수가 아니라 데이터 크기로 균형을 맞추고, 청크를 크기만 보고 미리 쪼개는 자동 분할도 하지 않는다. 구간은 옮겨야 할 때 쪼갠다.
• 마이그레이션은 디스크·네트워크를 쓰므로 밸런싱 시간대(balancing window)를 정해 한산한 시간에만 돌릴 수 있다. 샤드를 추가하면 밸런서가 새 샤드로 데이터를 채운다.
• 한 샤드 키 값에 문서가 몰리면 그 값은 더 쪼갤 수 없는 거대 청크(jumbo chunk)가 되어 옮겨지지 않는다. 카디널리티 높은 샤드 키가 필요한 이유다.

핵심 정리

• MongoDB = DB > 컬렉션 > 문서(BSON). 스키마가 유연하다.
• Atlas: 클러스터 생성 → IP 허용 → DB 사용자 → 접속 문자열.
• CRUD: insertOne/find/updateOne($set)/deleteOne.
• 샤딩: 앱은 mongos에 붙고, mongos는 config server의 메타데이터로 샤드(각각 레플리카 셋)를 고른다. 밸런서가 샤드 간 데이터 양 차이를 청크 이동으로 맞춘다.

관련 노트: 데이터베이스 모델: RDB, NoSQL, NewSQL, Mongoose 스키마, 데이터베이스 샤딩