MongoDB 索引用法与原理

从 MongoDB 3.2 开始，WiredTiger 成为 MongoDB 的默认存储引擎，WiredTiger 引擎使用 B+ 树作为索引的数据结构。

MongoDB 索引官方中文文档：MongoDB 索引

db.test.createIndex( { key1: 1 } )

• 1 代表升序
• -1 代表降序

db.test.createIndex( {"keypart1": 1, "keypart2": 1, "keypart3": 1} )

MongoDB 的复合索引也需要满足最左匹配原则。

为了索引包含数组值的字段，MongoDB 为数组中的每个元素创建一个索引键。这些多键索引支持对数组字段的高效查询。多键索引可以在包含标量值(例如字符串、数字)和嵌套文档的数组上构造。

创建方式与创建普通索引相同：

db.test.createIndex( { key1: 1 } )

从 MongoDB 3.4 开始，对于使用 MongoDB 3.4 或更高版本创建的多键索引，MongoDB 会跟踪哪个索引字段或哪些字段导致一个索引成为多键索引。

跟踪这些信息可以让 MongoDB 查询引擎使用更紧密的索引边界。

创建唯一索引：

db.members.createIndex( { "user_id": 1 }, { unique: true } )

对于一个范围分片集合，只有以下索引可以是唯一的:

• 分片键上的索引。
• 一个复合索引，其中片键是一个前缀。
• 默认 _id 索引。如果 _id 字段不是分片键或分片键的前缀，_id 索引只对每个分片强制唯一性约束，而不是对所有分片强制唯一。

MonogDB 3.2 版本之后开始支持部分索引特性。

部分索引只索引集合中部分文档，部分索引可以降低存储需求，并降低创建和维护索引的性能成本。

db.restaurants.createIndex(
   { cuisine: 1, name: 1 },
   { partialFilterExpression: { rating: { $gt: 5 } } }
)

部分索引接受以下筛选条件：

• field: value、$eq
• exists: true
• $gt、$gte、$lt、$lte
• $type
• $and 只在顶层操作符

使用唯一索引和部分索引的 exists:true 条件，可以让唯一索引在字段存在时才进行索引。

explain

explain 语句可以用来查看语句的执行计划：

db.test.find({"commonfield": "THctcu"}).explain("executionStats")

explain 语句有三种模式：

1. queryPlanner - 默认模式，根据查询优化器的评估，选择一个最佳的查询计划。
2. executionStats - 根据查询优化器的评估，选择一个最佳的查询计划执行，执行完毕后返回结果的统计信息。
   • 对于写操作，返回关于更新和删除操作的信息，但是并不将修改应⽤到数据库。
   • 对于被拒绝的执⾏计划，不返回其统计信息。
3. allPlansExecution - 按照最佳的执⾏计划执⾏以及列出统计信息，还会列出⼀些候选的执⾏计划。
   • 如果有多个查询计划 ，executionStats 信息包括这些执⾏计划的部分统计信息。

explain 返回的信息较多，其中有一些比较重要的字段：

• nReturned - 实际返回数据行数。
• executionTimeMills - 语句执行时间，单位毫秒。
• totalKeysExamined - 根据索引扫描的文档数量。
• totalDocsExamined - 所有的文档扫描数量，如果与 totalKeysExamined 数量相同，说明所有扫描都走的索引。
• stage - 查询的阶段类型，以下是可能的值：
  • COLLSCAN - 全表扫描
  • IXSCAN - 索引扫描
  • FETCH - 根据索引去主键索引查询对应文档
  • SORT - 内存中排序
  • LIMIT - 限制返回文档数量
  • SKIP - 跳过指定条数
  • SHARD_MERGE - 将各个分片返回的数据进行 merge
  • IDHACK - 根据 _id 进行查询
  • COUNT - 进行 count 运算
  • TEXT - 全文索引查询

概念与原理

由于 MongoDB 与 MySQL 都使用 B+ 树作为索引的数据结构，所以有一些概念是基本相通的。

同 MySQL 最左匹配

同 MySQL 索引下推

同 MySQL 覆盖索引

使用索引排序

索引本身是有序的，所以当 sort 排序条件与索引顺序一致时，sort 可以直接使用索引的查询结果，不需要做额外操作。而如果不能使用索引的顺序，那么额外需要在内存中进行排序操作。