3.5 固定集合

3.5.1 固定集合简介

固定集合（capped collection）是一种限定大小的集合，其中capped是覆盖、限额的意思。跟普通的集合相比，数据在写入这种集合时遵循FIFO原则。可以将这种集合想象为一个环状的队列，新文档在写入时会被插入队列的末尾，如果队列已满，那么之前的文档就会被新写入的文档所覆盖，如图3-5所示。

这是一个很有意思的设计，通过固定集合的大小，我们可以保证数据库只会存储“限额”的数据，超过该限额的旧数据都会被丢弃。

对于普通的集合来说，如果想实现对于大小的限定，即我们需要做的事情如下：

● 设定集合的大小上限，比如文档的数量或是该集合所占用的存储空间大小，作为阈值。

● 开始向该集合中写入数据。

● 在写入数据后判断集合大小是否超过限额，通过collection.count命令可以获得文档的数量，而存储空间大小则可以使用collection.stat命令获得。

● 如果超过了限额，那么找出最早的一条数据将其删除。

上述方案有很多缺点，比如每次写入都需要进行一次判断和数据删除操作，对性能的影响是不小的，同时应用在代码实现上也比较复杂。相比之下，固定集合（capped collection）是在数据库层面进行处理，除了更加方便，可靠性也更有保证。

3.5.2 使用示例

通过下面的语句可以声明一个固定集合：

这里指定了两个参数。

（1）max：指集合的文档数量最大值，这里是10条。

（2）size：指集合的空间占用最大值，这里是4096字节（4KB）。

这两个参数会同时对集合的上限产生影响。也就是说，只要任一条件达到阈值都会认为集合已经写满。其中size是必选的，而max则是可选的。

我们尝试在这个集合中插入15条数据，代码如下：

接着尝试查询集合里的数据，可以看到，由于文档数量上限被设定为10条，前面插入的5条数据已经被覆盖了，结果如下：

当然，如果我们不指定max参数，那么当文档的总大小（空间占用）超过size限额时，也会产生覆盖的情况：

可以使用collection.stats命令查看文档的占用空间，代码如下：

其中，"size"：530表示文档总大小为530字节，而"maxSize"：4096则是文档总大小的上限。

需要注意，maxSize的值必须是2的n 次方。如果设定值不符合条件，则会被自动对齐，比如创建固定集合时指定"size"：500，那么最终的maxSize就是512字节。

3.5.3 特征与限制

固定集合在底层使用的是顺序I/O操作，而普通集合使用的是随机I/O。众所周知，顺序I/O在磁盘操作上由于寻道次数少而比随机I/O要高效得多，因此固定集合的写入性能是很高的。此外，如果按写入顺序进行数据读取，也会获得非常好的性能表现。

但它也存在一些限制，主要有如下5个方面：

（1）无法动态修改存储的上限，如果需要修改max或size，则只能先执行collection.drop命令，将集合删除后再重新创建。

（2）无法删除已有的数据，对固定集合中的数据进行删除将会得到如下错误：

（3）对已有数据进行修改，新文档大小必须与原来的文档大小一致，否则不允许更新：

（4）默认情况下，固定集合只有一个_id索引，而且最好是按数据写入的顺序进行读取。当然，也可以添加新的索引，但这会降低数据写入的性能。

（5）固定集合不支持分片，同时，在MongoDB 4.2版本中规定了事务中也无法对固定集合执行写操作。

3.5.4 适用场景

固定集合很适合用来存储一些“临时态”的数据。“临时态”意味着数据在一定程度上可以被丢弃。同时，用户还应该更关注最新的数据，随着时间的推移，数据的重要性逐渐降低，直至被淘汰处理。

一些适用的场景如下：

（1）系统日志，这非常符合固定集合的特征，而日志系统通常也只需要一个固定的空间来存放日志。在MongoDB内部，副本集的同步日志（oplog）就使用了固定集合。

（2）存储少量文档，如最新发布的TopN条文章信息。得益于内部缓存的作用，对于这种少量文档的查询是非常高效的。