在 MongoDB 中，固定集合（Capped Collection）是一种具有特殊属性的集合。固定集合具有一个固定的最大大小，并且一旦达到该大小时，最早插入的文档将会被自动删除，以便为新的文档腾出空间。固定集合的这种特性非常适合用于存储日志、实时数据流或其他具有时间序列性质的数据。

一、固定集合的基本概念

固定集合（Capped Collection）与普通的集合在大多数方面相似，但它具有以下几个独特的特点：

• 大小限制：固定集合具有一个最大大小限制，当集合的数据量达到此限制时，MongoDB 会自动删除最旧的文档以便腾出空间给新插入的文档。
• 插入顺序：固定集合始终按照插入顺序存储文档。即插入的顺序决定了文档的生命周期，最早插入的文档将最先被删除。
• 性能优势：由于固定集合的特性，它可以提供更高的插入和查询性能，尤其是在写密集型应用场景下。
• 不可扩展：固定集合的大小是固定的，无法扩展或更改。创建时就需要指定最大大小或最大文档数。

二、固定集合的使用场景

固定集合非常适用于以下几种场景：

• 日志数据存储：如 Web 服务器日志、应用日志等，通常这些数据会不断增长，且不需要保存历史数据。使用固定集合可以确保只保存最新的日志记录。
• 时间序列数据：对于持续更新的数据（例如传感器数据、股票价格、温度记录等），固定集合可以让你保留最近的记录，自动删除较旧的数据。
• 缓存：可以用固定集合做缓存存储，在有限的存储空间内保留最新的数据。
• 消息队列：有些消息系统会根据消息的顺序来处理数据，使用固定集合可以帮助管理消息流。

三、创建固定集合

在 MongoDB 中，创建固定集合时，必须指定最大大小（以字节为单位）。此外，可以选择指定最大文档数（即最大文档数量）。一旦集合达到指定的限制，MongoDB 会自动删除最旧的文档。

3.1 创建固定集合的基本语法

javascript
db.createCollection("myCappedCollection", {capped: true,              // 指定该集合是固定集合size: 1000000,             // 指定集合的最大大小，单位是字节max: 10000                 // 指定集合中最多允许的文档数
});

• capped：此选项必须设置为 true，以指定该集合为固定集合。
• size：指定集合的最大大小，以字节为单位。如果该选项和 max 都被指定，MongoDB 会优先使用 size。
• max：指定集合可以包含的最大文档数。如果文档数达到该限制，MongoDB 会删除最旧的文档。

3.2 使用命令创建固定集合

如果你已经有一个普通集合，并且希望将其转换为固定集合，你可以使用以下命令：

javascript
db.runCommand({convertToCapped: "myCollection",  // 将myCollection转换为固定集合size: 1000000                     // 设置最大大小为1MB
});

需要注意的是，转换为固定集合时，原集合中的所有文档会被保留，直到集合达到指定的大小限制。

四、固定集合的特点和限制

4.1 不支持索引

与普通集合不同，固定集合的索引存在一些限制。固定集合支持的索引类型较少，不能创建带有 unique 限制的索引。这是因为固定集合的特点是文档不断被替换，所以不适合进行复杂的索引操作。

4.2 高效的插入操作

由于固定集合会按照插入顺序管理文档，MongoDB 能够快速执行插入操作。并且，由于集合的大小是固定的，所以插入性能通常较高，因为数据库无需进行复杂的空间管理。

4.3 自动删除最旧文档

固定集合具有自动删除最旧文档的特性。每次插入新文档时，MongoDB 会检查集合的大小，如果已达到最大限制，则会删除最早插入的文档。这个过程是自动的，无需用户干预。

4.4 无法扩展大小

一旦设置了集合的最大大小（size）和最大文档数（max），这些限制无法修改。如果你需要增加集合的容量，必须创建一个新的集合并迁移数据。

五、固定集合的读取与写入

5.1 插入文档

插入文档的语法与普通集合相同。以下是一个插入文档的示例：

javascript
db.myCappedCollection.insert({timestamp: new Date(),message: "This is a log message"
});

5.2 查询文档

查询固定集合时，也可以像普通集合一样使用 find() 方法。然而，需要注意的是，由于固定集合按插入顺序存储文档，find() 查询默认返回最新的文档。

javascript
db.myCappedCollection.find().limit(5);  // 获取最新的5条记录

5.3 获取集合的状态

你可以使用 collStats 命令来查看固定集合的统计信息，例如当前大小、文档数、最早文档的创建时间等。

javascript
db.runCommand({ collStats: "myCappedCollection" });

该命令返回一个文档，其中包含有关集合的详细信息，如当前大小、最大大小、文档数量等。

六、使用固定集合时的注意事项

• 内存使用：固定集合适用于存储需要不断覆盖的数据，因此它不会占用大量的磁盘空间。但在创建时需要仔细规划大小，避免集合过大导致系统资源的浪费。
• 数据丢失：由于最旧的数据会被自动删除，因此固定集合并不适合存储需要长期保存的数据。
• 限制性功能：固定集合无法进行复杂的查询和索引，不能使用复杂的更新操作。适合存储简化的、顺序的日志数据或时间序列数据。