MongoDB 固定集合（Capped Collections）完整指南
固定集合（Capped Collection） 是 MongoDB 中一种 预分配固定大小、自动覆盖旧文档 的特殊集合，类似 环形缓冲区（Circular Buffer），非常适合 日志、实时数据流、缓存、消息队列 等场景。
1. 核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 固定大小 | 创建时指定 size（字节），不可更改 |
| 自动覆盖 | 插入新文档时，若空间不足，自动删除最旧的文档（FIFO） |
| 插入顺序保留 | 文档按插入顺序存储，天然有序 |
| 不支持删除/更新 | 只能 插入 和 整体删除，不能删除单条或修改文档 |
| 高性能 | 预分配空间 + 无索引移动 → 写入极快 |
| 天然索引 | 自动为 _id 创建索引，且 顺序递增 |
2. 创建固定集合
2.1 使用 createCollection（推荐）
db.createCollection("logs", {
capped: true,
size: 1048576, // 1 MB（字节）
max: 1000 // 最多文档数（可选）
})
size必须指定，max可选。
若同时指定max和size，先达到任一限制即触发覆盖。
2.2 转换普通集合为固定集合（MongoDB 4.0+）
db.runCommand({
convertToCapped: "mycoll",
size: 1048576
})注意：会复制所有数据到新集合，原集合被删除。
3. 使用示例
示例：实时日志系统
// 1. 创建 10MB 的日志集合
db.createCollection("app_logs", {
capped: true,
size: 10 * 1024 * 1024,
max: 5000
})
// 2. 插入日志
db.app_logs.insertOne({
level: "INFO",
message: "User login success",
user: "alice",
ts: new Date()
})
// 3. 查询最新 10 条（利用天然顺序）
db.app_logs.find().sort({ $natural: -1 }).limit(10)
// 4. Tailable Cursor（持续监听新日志）
const cursor = db.app_logs.find().addOption(DBQuery.Option.tailable)
.addOption(DBQuery.Option.awaitData)
while (cursor.hasNext()) {
printjson(cursor.next())
}4. 高级用法：Tailable Cursor（尾游标）
类似
tail -f，用于 实时消费 固定集合的新数据。
// Node.js 示例（mongodb 驱动）
const cursor = db.collection('events')
.find()
.sort({ $natural: 1 })
.addCursorFlag('tailable', true)
.addCursorFlag('awaitData', true)
cursor.on('data', doc => console.log('New event:', doc))适用场景：
- 实时监控
- 消息队列（配合
max控制队列长度） - 事件溯源（Event Sourcing）
5. 关键限制与注意事项
| 限制 | 说明 |
|---|---|
| 不可更改大小 | size 一旦设定，无法 collMod 增大或缩小 |
| 不能删除单文档 | 只能 drop() 整个集合 |
| 不能更新文档 | 任何 update 都会失败（CannotChangeDocumentInCappedCollection） |
| 不支持分片 | 固定集合 不能作为分片集合（sharded collection） |
| 不支持 TTL 索引 | 不能设置 expireAfterSeconds |
| 复制延迟风险 | 主从复制中，Secondary 可能落后，需用 awaitData |
6. 性能对比（普通集合 vs 固定集合）
| 操作 | 普通集合 | 固定集合 |
|---|---|---|
| 插入 | O(log n) | O(1) |
| 查询（按 _id） | O(log n) | O(log n) |
| 查询（最新 N 条） | 需要索引 | 天然顺序，$natural 极快 |
| 空间管理 | 动态增长 | 预分配，无碎片 |
| 内存占用 | 按需 | 预分配全部 size |
写入吞吐可提升 3~10 倍（尤其高并发日志场景）
7. 最佳实践
| 场景 | 推荐配置 |
|---|---|
| 应用日志 | size: 100MB ~ 1GB，不设 max |
| 实时指标 | size: 10MB，max: 10000 |
| 消息队列 | size + max，配合消费者 ack |
| IoT 数据流 | tailable cursor + awaitData |
推荐索引（仅需一个）
// 天然顺序查询最新数据
db.logs.find().sort({ $natural: -1 }).limit(100)
// 若需按字段查询，加稀疏索引（谨慎！会影响插入性能）
db.logs.createIndex({ level: 1 }, { sparse: true })8. 常见问题（FAQ）
| 问题 | 解答 |
|---|---|
| 如何清空固定集合？ | db.logs.drop() → 重新 createCollection |
| 如何查看是否为固定集合？ | db.logs.stats().capped → true |
| 能否增大 size？ | 不能。需：导出 → drop → 重新创建 → 导入 |
| 支持事务吗？ | 支持（MongoDB 4.0+），但因不能更新，实际意义不大 |
| 如何备份？ | mongodump 正常备份，恢复后仍是 capped |
9. 替代方案对比
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| Capped Collection | 高性能、天然顺序、简单 | 不可改、不可删 |
| TTL 索引 | 自动过期 | 需索引，性能略低 |
| Kafka / Redis Stream | 分布式、高可用 | 需额外系统 |
| Change Streams | 实时、全量 | 资源消耗大 |
推荐：高性能写、顺序读、简单运维 → 选 Capped Collection
10. 一键脚本：创建 + 监控
#!/bin/bash
# create_capped.sh
DB="mydb"
COLL="sensor_data"
SIZE=$((50 * 1024 * 1024)) # 50 MB
mongosh --quiet <<EOF
use $DB
db.createCollection("$COLL", {
capped: true,
size: $SIZE,
max: 100000
})
print("固定集合 $COLL 创建成功，大小: ${SIZE} bytes")
EOF// monitor.js（实时打印最新数据）
const { MongoClient } = require('mongodb')
async function tail() {
const client = await MongoClient.connect('mongodb://localhost:27017')
const coll = client.db('mydb').collection('sensor_data')
const cursor = coll.find()
.sort({ $natural: 1 })
.addCursorFlag('tailable', true)
.addCursorFlag('awaitData', true)
for await (const doc of cursor) {
console.log(new Date(), doc)
}
}
tail()参考资料
- 官方文档：Capped Collections
- Tailable Cursor：MongoDB Manual
db.createCollection：API 参考
一句话总结
固定集合 = 高性能日志环 + 天然顺序 + 零维护覆盖
适用于 写多读少、顺序消费、容量可控 的所有场景。
需要：
- 完整 Node.js / Python 实时消费示例？
- 与 RockMongo 查看固定集合？
- 迁移普通集合到 capped 的脚本？
欢迎继续提问！
