MongoDB—索引

现在名字可以起到这么长啊 發表於 2020-8-30 10:29:00

<h1 id="index">Index</h1>
<h2 id="定义">定义</h2>
索引，一个单独的、存储在磁盘上的数据结构
<blockquote>
mongodb 的索引采用 B-tree 数据结构存储
</blockquote>
<ul>
<li>
易于遍历，支持相等匹配和范围查询
</li>
<li>
存储字段的值以及指向其所在文档的指针
<blockquote>
包含集合中所有文档的指针（包含数据表中所有记录的引用指针）
</blockquote>
</li>
<li>
按字段的值排序
</li>
</ul>
<h2 id="mongodb-index">mongodb index</h2>
<ul>
<li>在集合级别定义索引，支持在文档中的任何字段或子字段上建立索引</li>
<li>给某个字段添加索引，可以快速找出在该字段有特定值的文档，提高查询速度</li>
<li>如果没有索引，mongodb必须扫描集合中所有的文档，以选择那些符合查询条件的文档。一般而言，在查询文档时应避免扫描全部文档，这样会使查询速度非常慢</li>
<li>建立索引可以缩小mongodb扫描文档的数量，提高查询速度</li>
<li>mongodb 可以返回基于索引排序的查询结果</li>
</ul>
演示基于索引查询并排序
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1418536/202008/1418536-20200828123949057-1727294036.png" alt="" loading="lazy">
<h3 id="_id">_id</h3>
<ul>
<li>mongodb 默认会为文档创建一个<code>_id</code> 字段，并建立唯一索引</li>
<li>不能删除建立在<code>_id</code>字段上的索引</li>
<li>索引名称为 <code>_id_</code></li>
</ul>
<h2 id="创建索引">创建索引</h2>
<h3 id="dbcollectioncreateindex">db.collection.createIndex</h3>
<ul>
<li>
为集合创建索引
</li>
<li>
如果索引（名称）已经存在，则不会再次创建
</li>
<li>
除 collation 选项外，使用不同的选项不会创建具有相同索引规范的索引，也不会修改这些选项的值
<blockquote>
只能删除之前的索引，重新使用新的选项创建
</blockquote>
</li>
<li>
使用不同的 collation 选项，可以创建多个具有相同的索引规范的索引，但是需要指定唯一的索引名称
<pre><code class="language-sql">db.person.createIndex({name:1},{name:"a_c", collation:{locale:"fr"}})
db.person.createIndex({name:1},{name:"a_b", collation:{locale:"fa"}})
</code></pre>
</li>
<li>
如果文档不包含指定的字段，则操作失败
</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.createIndex(keys, options)
</code></pre>
<ul>
<li>
keys
<ul>
<li>类型：Document</li>
<li>描述：
<ul>
<li>
包含字段和值的文档，其中字段是索引键，值是该字段的索引类型
<blockquote>
判断索引是否相同根据索引的 keys，因此 keys 不同就代表索引不同
<ul>
<li>
用下划线连接组成默认索引名称
</li>
<li>
同一个字段上只能创建一个相同类型的索引，可以创建多个不同类型的索引
例如 {age:1} {age:-1} 两个keys不同，索引（名）不同
</li>
</ul>
</blockquote>
</li>
<li>
索引类型包括：test、geospatial、hashed、ascending、descending
<blockquote>
排序规则
<ul>
<li>值为 1，表示升序（ascending）</li>
<li>值为 -1，表示降序（descending）</li>
</ul>
</blockquote>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>
options
<ul>
<li>
类型：Document
</li>
<li>
描述：创建索引的选项，不同类型的索引有特定于该类型的选项，以下为共有选项
<ul>
<li>
background
<ul>
<li>
类型：布尔【4.2版本中被废弃】
</li>
<li>
描述：是否在后台执行创建索引的过程，不阻塞对集合的操作
<ul>
<li>
false【默认】
不在后台创建
</li>
<li>
true
后台创建
</li>
</ul>
</li>
</ul>
<blockquote>
<ul>
<li>
4.2 版本中所有的索引构建，使用一个优化的构建过程，它只在构建过程的开始和结束时持有独占锁，构建过程中让步于读写操作
4.2 版本会忽略该选项
</li>
<li>
4.2 版本之前索引的构建的整个过程都会持有独占锁，阻塞数据库及其所有集合上的操作，直到操作完成，在后台创建索引不会持有独占锁
</li>
</ul>
</blockquote>
</li>
<li>
unique
<ul>
<li>
类型：布尔
</li>
<li>
描述：
<ul>
<li>
是否创建具有唯一性的索引
<ul>
<li>
true
此索引具有唯一性，当索引重复时，不接受对文档的插入或更新
</li>
<li>
false【默认】
</li>
</ul>
</li>
<li>
不适用于 hashed 索引
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>
name
<ul>
<li>
类型：字符串
</li>
<li>
描述
<ul>
<li>
自定义索引名称
</li>
<li>
如果不指定，mongodb将通过下划线连接索引字段的名称和排序规则生成一个索引名称
<blockquote>
例如在 { item : 1, quantity: -1 } 上创建的索引名称为 item_1_quantity_-1
</blockquote>
</li>
<li>
一旦创建不能修改，只能删除再重新创建
</li>
</ul>
</li>
</ul>
<blockquote>
4.2 版本之前，索引名最大长度为 127 字节，4.2版本开始取消该限制
</blockquote>
</li>
<li>
partialFilterExpression
<ul>
<li>
类型：Document
</li>
<li>
描述：仅为集合中符合条件的文档建立索引，降低创建和维护成本
</li>
</ul>
</li>
<li>
sparse
<blockquote>
稀疏
</blockquote>
<ul>
<li>
类型：布尔
</li>
<li>
描述：仅为集合中具有指定字段的文档建立索引
<ul>
<li>
true
建立稀疏索引
</li>
<li>
false 【默认】
</li>
</ul>
<blockquote>
zdsphere、2d、geoHaystack、text 默认为稀疏文档，忽略此选项
</blockquote>
</li>
</ul>
</li>
<li>
expireAfterSeconds
<ul>
<li>类型：integer，单位秒</li>
<li>描述：用于 TTL 索引中控制文档保存在集合中的时间</li>
</ul>
</li>
<li>
storageEngine
<ul>
<li>类型：Document</li>
<li>描述：指定存储引擎配置</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
Returns
<ul>
<li>
成功
<pre><code>{
"createdCollectionAutomatically" : false,
"numIndexesBefore" : 3,
"numIndexesAfter" : 4,
"ok" : 1
}
</code></pre>
<ul>
<li>createdCollectionAutomatically 是否自动创建集合</li>
<li>numIndexesBefore 创建之前索引个数</li>
<li>numIndexesAfter 创建之后索引个数</li>
<li>ok:1 创建成功</li>
</ul>
</li>
<li>
失败
<pre><code>{
"ok" : 0,
"errmsg" : "Error: hashed indexes do not currently support array values",
"code" : 16766,
"codeName" : "Location16766"
}
</code></pre>
<ul>
<li>ok:0 创建失败</li>
<li>errmsg 失败信息</li>
<li>code 失败码</li>
<li>codeName ？</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h2 id="查询索引">查询索引</h2>
<h3 id="dbcollectiongetindexes">db.collection.getIndexes</h3>
<ul>
<li>
查询集合中所有的索引信息
</li>
<li>
返回一个数组，数组元素是描述索引信息的文档
<blockquote>
索引信息包括创建索引时的信息：keys 以及 options
</blockquote>
</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.getIndexes()
</code></pre>
<h3 id="dbcollectiontotalindexsize">db.collection.totalIndexSize</h3>
<ul>
<li>查询集合中所有索引的大小</li>
<li>如果索引使用前缀压缩 (这是WiredTiger的默认值)，则返回压缩后的大小</li>
<li>单位字节 byte</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.totalIndexSize()
</code></pre>
<h2 id="删除索引">删除索引</h2>
<h3 id="dbcollectiondropindex">db.collection.dropIndex</h3>
<ul>
<li>删除指定索引</li>
<li>不能删除默认创建在<code> _id</code> 字段上的索引</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.dropIndex(index)
</code></pre>
<ul>
<li>
index
<ul>
<li>
类型：字符串、文档
</li>
<li>
描述：指定要删除的索引
<ul>
<li>
可以指定索引的名称或索引规范文档
<blockquote>
通过 <code>db.collection.getIndexes()</code> 获取索引名称
</blockquote>
</li>
<li>
删除 text 类型的索引，必须指定索引名称
<blockquote>
无法通过索引规范文档找到索引，删除失败
</blockquote>
</li>
<li>
4.2 版本开始，不能通过<code>db.collection.dropIndex("*") </code> 删除所有非 <code>_id</code> 字段上的索引，应该使用<code>db.collection.dropIndexes()</code>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
排它锁
<ul>
<li>4.2 版本之前，dropIndex 操作在父级数据库上获取一个排它锁，阻塞所有对数据库及其所有集合的操作，直到操作完成</li>
<li>4.2 版本之后，dropIndex 操作在指定集合上获取一个排它锁，阻塞对集合的所有后续操作</li>
</ul>
示例
<ul>
<li>
通过索引名称删除
<pre><code>db.pets.dropIndex( "cat_-1" )
</code></pre>
</li>
<li>
通过索引规范文档删除
<pre><code>db.pets.dropIndex( { "cat" : -1 } )
</code></pre>
</li>
</ul>
<h3 id="decollectiondropindexes">de.collection.dropIndexes</h3>
<ul>
<li>删除单个或多个索引</li>
<li>不能删除默认创建在<code> _id</code> 字段上的索引</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.dropIndex(indexes)
</code></pre>
<ul>
<li>
indexes
<ul>
<li>
类型：字符串、文档、字符串数组
</li>
<li>
描述：需要删除的索引
<ul>
<li>
删除<code>_id</code> 之外的所有索引，忽略该参数
</li>
<li>
删除单个索引，指定索引的名称或索引规范文档，text 类型的索引只能指定名称
</li>
<li>
删除多个索引，通过数组指定索引的名称
<blockquote>
如果数组中包含不存在的索引，则不删除任何索引，操作报错
4.2 新增
</blockquote>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
排它锁
<ul>
<li>4.2 版本之前，dropIndex 操作在父级数据库上获取一个排它锁，阻塞所有对数据库及其所有集合的操作，直到操作完成</li>
<li>4.2 版本之后，dropIndex 操作在指定集合上获取一个排它锁，阻塞对集合的所有后续操作</li>
</ul>
示例
<ul>
<li>
删除<code>_id</code>之外的所有索引
<pre><code>db.collection.dropIndexes()
</code></pre>
</li>
<li>
删除单个索引
<pre><code>db.collection.dropIndexes( { a: 1, b: 1 } )

db.collection.dropIndexes( "a_1_b_1" )
</code></pre>
</li>
<li>
删除多个索引
<pre><code>db.collection.dropIndexes( [ "a_1_b_1", "a_1", "a_1__id_-1" ] )
</code></pre>
</li>
</ul>
<h2 id="索引类型">索引类型</h2>
<h3 id="single-field-索引">Single Field 索引</h3>
<ul>
<li>单字段索引</li>
<li>对于单字段索引，升序降序并不重要，因为mongodb可以按任意方向遍历索引</li>
</ul>
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1418536/202008/1418536-20200828124032645-1764589807.png" alt="" loading="lazy">
示例
<pre><code>db.collection.createIndex( { orderDate: 1 } )
</code></pre>
<ul>
<li>在 orderDate 字段上创建一个升序索引</li>
<li>默认名称<code>orderDate_1</code></li>
</ul>
<h3 id="compound-索引">Compound 索引</h3>
<ul>
<li>
复合索引
</li>
<li>
将多个字段组合成一个索引
</li>
<li>
创建复合索引时，字段的顺序非常重要
</li>
<li>
整体上按第一个字段进行排序，对于按第一个字段排序并列的索引，再使用第二个字段进行排序
</li>
<li>
查询条件中必须包含索引的前缀字段
<blockquote>
例如以3个字段组成的索引，查询条件中需包含第一个字段或第一个及第二个字段或全部三个字段
</blockquote>
</li>
<li>
复合索引中不能包含 hashed 索引
</li>
</ul>
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1418536/202008/1418536-20200828124050084-1080043920.png" alt="" loading="lazy">
示例
<pre><code>db.collection.createIndex( { orderDate: 1, zipcode: -1 } )
</code></pre>
<ul>
<li>创建一个在 orderDate 字段进行升序排列，在 zipcode 字段进行降序排列的复合索引</li>
</ul>
<h3 id="multikey-索引">Multikey 索引</h3>
<ul>
<li>多键索引</li>
<li>使用点表示法，对嵌套数组中的字段建立索引</li>
<li>mongodb会为数组中的每个元素创建单独的索引项</li>
<li>允许查询条件匹配数组的一个或多个元素来选择符合条件的文档</li>
<li>如果索引字段包含数组元素，mongodb会自动创建一个多键索引</li>
</ul>
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1418536/202008/1418536-20200828124106843-476240388.png" alt="" loading="lazy">
<h3 id="geospatial-索引">Geospatial 索引</h3>
<ul>
<li>地理空间索引</li>
</ul>
<h3 id="text-索引">Text 索引</h3>
<ul>
<li>文本索引：对字符串内容进行查询</li>
<li>一般在字符串类型字段或 字符串数组类型字段上创建文本索引</li>
<li>使用文本索引查找时，不区分字母大小写</li>
<li>目前不支持中文文本索引，支持英语、法语、德语、俄语、西班牙语、土耳其语</li>
<li>文本索引具有 sparse 属性，忽略创建过程中的 sparse 选项</li>
<li>文本索引支持 <code>$text</code> 查询操作</li>
<li>限制
<ul>
<li>一个集合最多只能创建一个文档索引</li>
<li>排序操作 sort，不能使用文本索引中的排序</li>
<li>复合文本索引中，如果在文本索引键之前包含其他键，则通过 $text 搜索时，查询谓词必须包含前面键的相等匹配条件</li>
<li>只能通过索引名称删除文本索引</li>
</ul>
</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.createIndex(
keys ,
options
)
</code></pre>
<ul>
<li>
keys
<ul>
<li>
类型：Document
</li>
<li>
描述：text 类型的索引规范文档
<ul>
<li>
单字段
<pre><code>{ field1: "text"}
</code></pre>
</li>
<li>
多字段
<pre><code>{
field1: "text",
field2: "text",
...
}
// 复合索引
{
field1: 1,
field2: "text",
...
}
</code></pre>
</li>
<li>
全部字段
用 <code>$**</code> 代表文档中的所有字符串类型的字段
<pre><code>{ "$**": "text" }
</code></pre>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>
options
<ul>
<li>weights
<ul>
<li>类型：Document</li>
<li>描述：
<ul>
<li>包含字段和权重的文档，指定字段的权重，默认值为1，可设定为 1-99999 之间的整数</li>
<li>优先查询权重大的字段，次之查询权重小的字段</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>default_language
<ul>
<li>类型：字符串</li>
<li>描述
<ul>
<li>对于文本索引，不同的语言有不同的分析规则</li>
<li>默认值为 <code>english</code></li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>language_override
<ul>
<li>类型：字符串</li>
<li>描述
<ul>
<li>For text indexes, the name of the field, in the collection’s documents, that contains the override language for the document</li>
<li>默认值为<code>language</code></li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>textIndexVersion
<ul>
<li>类型：integer</li>
<li>描述：指定文本索引的版本</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
</ul>
示例
<ul>
<li>
创建文本索引
<pre><code>db.reviews.createIndex( { comments: "text" } )

db.reviews.createIndex(
{
subject: "text",
comments: "text"
}
)

db.reviews.createIndex( { "$**": "text" } )
</code></pre>
</li>
<li>
指定不同的权重
<pre><code> db.reviews.createIndex(
{ "$**": "text" } ，
{ weights : {subject: 10, comments: 5}}
)
</code></pre>
<ul>
<li>索引名<code>$**_text</code></li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="hashed-索引">Hashed 索引</h3>
<ul>
<li>
哈希索引：使用字段值的哈希值来创建索引
</li>
<li>
主要用在分片的片键上
</li>
<li>
支持非数组单字段索引，不支持多字段索引
<blockquote>
多字段索引报错
<pre><code>db.articles.createIndex({subject:"hashed",author:"hashed"})
</code></pre>
<ul>
<li>"errmsg" : "Currently only single field hashed index supported."</li>
</ul>
数组字段索引报错
<pre><code>db.articles.createIndex({arr:"hashed"})
</code></pre>
<ul>
<li>
"errmsg" : "Error: hashed indexes do not currently support array values",
</li>
<li>
creating a hashed index on a field that contains an array or attempting to insert an array into a hashed indexed field returns an error.
</li>
</ul>
</blockquote>
</li>
<li>
不能设定唯一性约束，因为存在hash碰撞
<blockquote>
<pre><code>db.articles.createIndex({subject:"hashed"},{unique:true})
</code></pre>
<ul>
<li>"errmsg" : "Currently hashed indexes cannot guarantee uniqueness. Use a regular index."</li>
</ul>
</blockquote>
</li>
<li>
创建哈希索引的字段，也可以同时创建其他索引
<blockquote>
不支持创建复合索引，但是同一个字段可以创建多个不同类型的索引
<pre><code class="language-sql">db.articles.createIndex({subject:"hashed"})
db.articles.createIndex({subject:"hashed",subject:"text"}) // 只会创建一个文本索引
db.articles.createIndex({subject:"hashed",subject:1}) // 只会创建一个升序索引
// 最终在 subject 字段上创建了3个不同类型的索引
</code></pre>
</blockquote>
</li>
<li>
哈希索引支持相等查询，不支持范围查询
</li>
<li>
在使用哈希索引查询时，mongodb 会自动计算，无需单独计算
<blockquote>
4.0 版本开始，mongodb提供了 <code>convertShardKeyToHashed()</code> 方法，该方法使用相同的哈希计算方法，可用于查看键的哈希值
</blockquote>
</li>
<li>
类型为浮点数的字段不能创建哈希索引
<blockquote>
mongodb 哈希索引在计算之前会将浮点数截断为64位的整数，例如 2.3、 2.2、 2.9 都被截断为2进行计算
</blockquote>
</li>
</ul>
格式
<pre><code>db.collection.createIndex( { field: "hashed" } )
</code></pre>
<h2 id="索引属性">索引属性</h2>
<h3 id="unique-索引">Unique 索引</h3>
<ul>
<li>唯一性</li>
</ul>
<h3 id="partial-索引">Partial 索引</h3>
<ul>
<li>局部性</li>
</ul>
<h3 id="sparse-索引">Sparse 索引</h3>
<ul>
<li>稀疏性</li>
</ul>
<h3 id="ttl-索引">TTL 索引</h3>
<ul>
<li>
生命周期性（文档在一段时间后会被mongodb自动删除）
</li>
<li>
一般在 Date类型的字段或包含Date类型元素的数组字段上创建TTL索引，其他字段无效
</li>
<li>
过期阈值的计算
<ul>
<li>如果字段类型是 Date，则过期阈值是字段值日期加上指定的过期时间</li>
<li>如果字段类型是包含 Date 类型元素的数组，则过期阈值是元素中最早的日期加上指定的过期时间</li>
<li>如果非以上两种类型，TTL 索引无效，文档不会过期</li>
</ul>
</li>
<li>
将 <code>expireAfterSeconds</code> 设置为0，则过期时间就是日期字段的值
</li>
<li>
TTL 线程
<ul>
<li>mongod 中的后台线程，每隔60秒运行一次，用来读取索引中的值并从集合中删除过期的文档</li>
<li>不保证文档过期后立即被删除，文档过期的时间和从数据库中删除的时间存在延迟（60s）</li>
<li>当 TTL 线程处于活动状态时，可以在 <code>db.currentOp()</code> 的输出中看到删除操作</li>
</ul>
</li>
<li>
限制
<ul>
<li>
不能在 <code>_id</code> 字段上建立 TTL 索引
</li>
<li>
不能通过改变 options 将非 TTL 索引变为 TTL 索引
</li>
<li>
不能在固定集合中建立 TTL 索引，因为mongodb不能从固定集合中删除文档
</li>
<li>
不能是复合索引，只能是单字段索引
</li>
</ul>
</li>
</ul>
格式
<pre><code class="language-sql">db.collection.createIndex(
<keys>,
{
expireAfterSeconds: <integer>
}
)
</code></pre>
示例
文档
<pre><code>db.ttl.insertMany([
{date:new Date("2020-08-13T17:50:00"), money:1},
{date:new Date("2020-08-13T17:52:00"), money:2},
{date:new Date("2020-08-13T17:54:00"), money:3},
])
</code></pre>
<pre><code>db.ttl.createIndex({date:-1})
db.ttl.createIndex({date:1, money:-1})
db.ttl.createIndex({date:1},{expireAfterSeconds:10})
</code></pre>
<ul>
<li>在 ttl 集合中的 date 字段上创建3个索引</li>
<li>有一个 TTL 索引，过期阈值为：date 日期加上指定过期时间</li>
<li>结果是，到过期阈值时，文档被依次删除</li>
</ul>
<h4 id="修改过期时间">修改过期时间</h4>
<pre><code class="language-sql">db.runCommand({
collMod: <collection>,
index:{
keyPattern: <keys>,
expireAfterSeconds: <integer>
}
})
</code></pre>
示例
<pre><code>db.ttl.insertMany([
{date:new Date("2020-08-13T18:08:00"), money:1},
{date:new Date("2020-08-13T18:09:00"), money:2},
{date:new Date("2020-08-13T18:10:00"), money:3},
])
</code></pre>
<pre><code class="language-sql">db.runCommand({
collMod:"ttl",
index:{
keyPattern:{date:1},
expireAfterSeconds:60*60
}
})
</code></pre>
返回结果
<pre><code>{ "expireAfterSeconds_old" : 10, "expireAfterSeconds_new" : 3600, "ok" : 1 }
</code></pre>
<h3 id="hidden-索引">Hidden 索引</h3>
<blockquote>
4.4 新增
</blockquote>
<ul>
<li>对查询规划器不可见，不能用于查询</li>
<li>用来评估删除索引的潜在影响，而不必实际删除该索引。如果影响是负面的，用户可以取消隐藏索引，而不必重新创建</li>
<li>索引在隐藏时也会被维护，因此一旦不隐藏，就可以立即使用这些索引</li>
</ul> 
来源：https://www.cnblogs.com/usmile/p/13576813.html

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