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MongoDB 索引系统概述及其应用实践

MongoDB 的索引系统非常强大，支持多种类型的索引，极大地提升了数据查询效率。本文将详细介绍MongoDB的索引类型及其应用方法。

1. 索引基础

在 MongoDB 中，索引是一种元数据结构，用于加速查询和增删改查操作。每个集合（相当于表）都有一个默认的 _id 索引，这与其他关系型数据库的主键索引类似。

1.1 基于字段的索引

创建索引可以选择特定字段，例如在 age 字段上创建索引。索引支持升序（1）和降序（-1）两种方向：

db.t3.ensureIndex({age: 1});

建立索引后可以通过 db.t3.getIndexes() 查看索引情况：

db.t3.getIndexes();// 输出示例：//{//   "name" : "_id_",//   "ns" : "test.t3",//   "key" : { "_id" : 1 },//   "v" : 0// },//{//   "_id" : ObjectId("4fb906da0be632163d0839fe"),//   "ns" : "test.t3",//   "key" : { "age" : 1 },//   "name" : "age_1",//   "v" : 0// }

注意：默认索引不能手动删除。

1.2 后台创建索引

在数据量较大时，索引创建可能耗时较长。可以指定 background: true 选项后台创建：

db.t3.ensureIndex({age: 1}, {background: true});

此方法适用于系统已经有大量数据的情况。

2. 文档索引

MongoDB 的索引可以应用在文档字段上，甚至可以对嵌套文档创建索引。例如，addr 字段包含嵌套的 city 和 state：

db.factories.insert({name: "wwl", addr: { city: "Beijing", state: "BJ" }});

创建 addr 字段上的索引：

db.factories.ensureIndex({addr: 1});

这样可以支持如下的查询：

db.factories.find({addr: { city: "Beijing", state: "BJ" }});

然而，如果查询顺序与索引顺序不一致，则可能未使用索引：

db.factories.find({addr: { state: "BJ", city: "Beijing" }});

索引的使用取决于查询条件与索引顺序的匹配程度。

3. 组合索引

MongoDB 支持组合索引，类似于其他数据库产品。例如，可以在 addr.city 和 addr.state 字段上创建组合索引：

db.factories.ensureIndex({ "addr.city" : 1, "addr.state" : 1 });

组合索引适用于需要同时查询 city 和 state 的场景。支持的排序方向为升序（1）和降序（-1）。

3.1 查询示例

以下查询都能利用组合索引：

db.factories.find({ "addr.city" : "Beijing", "addr.state" : "BJ" });db.factories.find({ "addr.city" : "Beijing" });db.factories.find().sort({ "addr.city" : 1, "addr.state" : 1 });db.factories.find().sort({ "addr.city" : 1 });

4. 唯一索引

为了确保数据唯一性，可以创建唯一索引。例如，在表 t4 中插入两个相同的记录后，尝试创建唯一索引：

db.t4.insert({firstname: "wang", lastname: "wenlong"});db.t4.insert({firstname: "wang", lastname: "wenlong"});

创建唯一索引：

db.t4.ensureIndex({firstname: 1, lastname: 1}, {unique: true});

此时会抛出错误，因为表中已有重复数据。

5. 强制使用索引

使用 hint 命令可以强制使用特定索引：

db.t5.insert({name: "wangwenlong", age: 20});db.t5.ensureIndex({name: 1, age: 1});db.t5.find({age: {$lt: 30}}).explain();

默认情况下，查询可能不使用索引：

db.t5.find({age: {$lt: 30}}).hint({name: 1, age: 1}).explain();

强制使用索引后，查询会优先使用索引。

6. 删除索引

删除索引的方法包括删除整个表的所有索引或单独删除特定索引：

db.t3.dropIndexes();db.t4.dropIndex({firstname: 1});

7. 查询解释（explain）

MongoDB 提供 explain 命令，帮助分析查询性能。例如，执行以下查询并解释：

db.t5.find({age: {$gt: 45}}).explain();

字段解释：

• cursor：游标类型（BasicCursor 或 BtreeCursor）
• nscanned：扫描的文档数量
• nscannedObjects：扫描的文档数量
• n：返回的文档数量
• millis：执行时间（毫秒）
• indexBounds：使用的索引范围

通过 explain 命令，开发者可以了解索引在查询中的应用情况，进而优化数据库性能。

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