第3章 數據模型

3.1 BSON協議與類型

JSON與BSON是什么關系？MongoDB為什么會使用BSON？在初次接觸MongoDB時，或許有不少人對此存在疑惑。下面的內容，將會講解其中的細節。

3.1.1 JSON標準

JSON是當今非常通用的一種跨語言Web數據交互格式，屬于ECMAScript標準規范的一個子集。JSON（JavaScript Object Notation, JS對象簡譜）即JavaScript對象表示法。顧名思義，JSON與JavaScript語言是分不開的，它是JavaScript對象的一種文本表現形式。

作為一種輕量級的數據交換格式，JSON的可讀性非常好，而且非常便于系統生成和解析，這些優勢也讓它逐漸取代了XML標準在Web領域的地位，當今許多流行的Web應用開發框架，如SpringBoot都選擇了JSON作為默認的數據編/解碼格式。

以JSON格式定義的數據形式如下：

總的來說，JSON由兩種基本結構組成：

● 鍵值對的集合，等同于我們所說的對象、字典、哈希表（hash table）等數據結構，比如一個用戶會同時擁有名稱（name）、年齡（age）等字段信息；這個結構還可以支持嵌套，如用戶的地址信息（address）作為子對象，地址中又可以包含郵政編碼（zcode）、詳細街道地址（street）等。

● 有序的數據列表，通常對應于數組形式，如上述例子中的faviorites字段，表示一個用戶可以有多種偏好的標簽信息。

JSON只定義了6種數據類型，如圖3-1所示。

3.1.2 BSON和JSON

大多數情況下，使用JSON作為數據交互格式已經是理想的選擇，但是JSON基于文本的解析效率并不是最好的，在某些場景下往往會考慮選擇更合適的編/解碼格式，一些做法如：

● 在微服務架構中，使用gRPC（基于Google的Protobuf）可以獲得更好的網絡利用率。

● 分布式中間件、數據庫，使用私有定制的TCP數據包格式來提供高性能、低延時的計算能力。

BSON（Binary JSON）是二進制版本的JSON，其在性能方面有更優的表現。BSON在許多方面和JSON保持一致，其同樣也支持內嵌的文檔對象和數組結構。二者最大的區別在于JSON是基于文本的，而BSON則是二進制（字節流）編/解碼的形式。除此之外，BSON還提供了一些擴展的數據類型，比如日期、二進制數據等。

為了更淺顯地表示二者的不同，可以看看下面這個簡單的JSON對象：

其對應的BSON的格式編碼為：

BSON由10gen團隊設計并開源，目前主要用于MongoDB數據庫。

MongoDB在文檔存儲、命令協議上都采用了BSON作為編/解碼格式，主要具有如下優勢：

● 類JSON的輕量級語義，支持簡單清晰的嵌套、數組層次結構，可以實現無模式（模式靈活）的文檔結構。

● 更高效的遍歷，BSON在編碼時會記錄每個元素的長度，可以直接通過seek操作進行元素的內容讀取，相對JSON解析來說，遍歷速度更快。

● 更豐富的數據類型，除了JSON的基本數據類型，BSON還提供了MongoDB所需的一些擴展類型，這更加方便數據的表示和操作。

在空間的使用上，BSON相比JSON并沒有明顯的優勢。

3.1.3 BSON的數據類型

BSON的數據類型見表3-1。

下面回顧一下本節的要點：

（1）JSON是通用的、輕量級的Web數據交換格式，支持嵌套的對象和數組結構，其本身也是無模式的。

（2）BSON是JSON的二進制版本，除了具備更高的性能，還提供了一些擴展的數據類型。

（3）MongoDB內部使用BSON數據格式，但由于BSON與JSON非常相近，許多情況下稱MongoDB是基于JSON的說法也是合理的。