数据库应用：MongoDB 文档与索引管理

目录

一、理论

1.MongoDB文档管理

2.MongoDB索引管理

二、实验

1.MongoDB文档管理

2.MongoDB索引管理（索引添加与删除）

3.MongoDB索引管理（全文索引）

4.MongoDB索引管理（多列索引）

5.MongoDB索引管理（ttl索引）

三、问题

1.查询执行情况报错

2.创建索引失败

3.find查询报错

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一、理论

1.MongoDB文档管理

（1）数据类型

表1 数据类型

Type	描述
ObjectID	用于存储文档的ID,相当于主键，区分文档的唯一字段，mongoDB中就是一个对象的返回值
String	字符串是最常用的数据类型，MongoDB中的字符串必须是UTF-8编码。
Integer	整数类型用于存储数值。整数可以是32位，也可以是64位，这取决于你的服务器。
Double	双精度类型用于存储浮点值,mongodb中没有float浮点数这个说法
Boolean	布尔类型用于存储布尔值(true/ false)
Arrays	将数组、列表或多个值存储到一个键，[]
Timestamp	时间戳，用于记录文档何时被修改或创建。Date()，Timestamp()，ISODate()
Object	用于嵌入文档, 相当于子属性是另一个json文档而已，这种方式就可以实现嵌套。 []
Null	空值,相当于 python的None
Symbol	与字符串用法相同，常用于某些使用特殊符号的语言，二进制
Date	用于以UNIX时间格式存储当前日期或时间。
Binary data	二进制数据，常用于保存文件的内容，往往是图片，数据本身。
Code	用于将JavaScript代码存储到文档中
Regular expression	正则表达式

（2）条件运算符（查询器）

①比较运算

表2 比较运算

操作	格式	语法例子	SQL中的类似语句
等于	{<key>:<val>} {<key>:{$eq:<val>}}	db.集合.find({"name":"xiaoming"})	where name = 'xiaoming'
小于	{<key>:{$lt:<val>}}	db.集合.find({"age":{$lt:17}})	where age  < 17
小于或等于	{<key>:{$lte:<val>}}	db.集合.find({"age":{$lte:17}})	where age  <= 17
大于	{<key>:{$gt:<val>}}	db.集合.find({"age":{$gt:17}})	where age > 17
大于或等于	{<key>:{$gte:<val>}}	db.集合.find({"age":{$gte:17}})	where age >= 17
不等于	{<key>:{$ne:<val>}}	db.集合.find({"age":{$ne:17}})	where age != 17
包含	{<key>:{$in:[<val>...]}}	db.集合.find({"age":{$in:[1,2,3]}})	where age in (1,2,3)

②逻辑运算

表3 逻辑运算

操作	语法	语法例子
$and	{<key>:<val>,<key>:<val>,...} {$and: [{key:{$运算符:<val>}},....]}	db.集合.find({key1:value1, key2:value2})
$or	{$or: [{<key>: {$运算符:<val>}}, ....]}	db.集合.find({$or: [{key1: value1}, {key2:value2}]})
$and和$or	`{<key>:<val>, $or: [{<key>: {<$运算符>:<val>}},...]}`<br>`{$and:[{$or:[{<key>:{<$运算符>:<val>}},..]},$or:[{<key>:{<$运算符>:<val>}},..]}]}`	db.集合.find({key1:value1, $or: [{key1: value1}, {key2:value2}]})
$not	{<key>:{$not:{<$运算符>:<val>}}}	`$not`操作符不支持``$regex`正则表达式操作

③其他运算符

表4 其他运算符

操作	格式	法例子	说明
$type	{<key>:{$type: <datetype>}}	db.集合.find({"name":{$type:'string'}})	匹配指定键是指定数据类型的文档 number 数值型 string 字符串 bool 布尔类型 object json文档对象类型 array 数组类型
$exists	{<key>:{$exists:<bool>}	db.集合.find({"title":{$exists:true}})	匹配具有指定键的文档，存在指定字段的文档
$regex	`{ <key>:/模式/<修正符>}`<br>`{<key>:{$regex:/模式/<修正符>}}`	db.集合.find({"name":{$regex:/张$/}})	按正则匹配
$mod	{<key>: {$mod: [除数, 余数]}}	db.集合.find({"age":{$mod:[10,0]}})	算数运算，取模，语法中举例是age除以10==0

（3） update更新运算符（修改器）

表5  update更新运算符

操作	语法	说明
$inc	db.集合.update({<key1>:<val1>},{$inc:{<key2>:<val2>}})	更新key1=val1的文档中key2的值为val2，类似python的递增递减<br>递减，则`{ $inc:{<key2>:-<val2>} }`
$set	db.集合.update({<key1>:<val>}, {$set:{<key2>:<val2>}})	更新key1=val1的文档中key2的值为val2，如果key2不存在则新增对应键值对
$unset	db.集合.update({<key1>:<val>}, {$unset:{<key2>:<val2>}})	移除key1=val1的文档中key2=val2这个键值对
$push	db.集合.update({<key1>:<val>}, {$push:{<key2>:<val2>}})	给key1=val1的文档中key2列表增加1个数组成员val2。<br>key2必须是数组。
$pull	db.集合.update({<key1>:<val>}, {$pull:{<key2>:<val2>}})	与push相反，给key1=val1的文档中key2列表删除1个指定成员val2
$pop	db.集合.update({<key1>:<val>}, {$pop:{<key2>:<val2>}})	给key1=val1的文档中key2列表移除第一个或最后一个成员。 val2只能是1(最后面)或-1(最前面)，与python相反

2.MongoDB索引管理

（1）stage的扫描类型

表6 stage的扫描类型

类型名称	描述	期望
COLLSCAN	全表扫描	False
IXSCAN	索引扫描	True
FETCH	根据索引去检索指定document	True
IDHACK	针对_id进行查询	True
COUNTSCAN	count不使用Index进行count时返回	False
COUNT_SCAN	count使用了Index进行count时返回	True
SUBPLA	未使用到索引的$or查询时返回	False
TEXT	使用全文索引进行查询时返回	-
SORT	使用sort排序但是无index时返回	False
SKIP	使用skip跳过但是无index时返回	False
PROJECTION	使用limit限定结果但是无index时返回	False

（2）注意事项

1） MongoDB的索引是存储在运行内存(RAM)中的，所以必须确保索引的大小不超过内存的限制。如果索引的大小超过了运行内存的限制，MongoDB会删除一些索引，这将导致性能下降。2） MongoDB的索引在部分查询条件下是不会生效的。-   正则表达式及非操作符，如 `$nin`,`$not` , 等。-   算术运算符，如 $mod, 等。-   $where自定义查询函数。-   ...3）索引会在写入数据（添加、更新和删除）时重排，如果项目如果是写多读少，则建议少使用或者不要使用索引。4） 一个集合中索引数量不能超过64个。5） 索引名的长度不能超过128个字符。6） 一个复合索引最多可以有31个字段。7） mongodb索引统一在`system.indexes`集合中管理。这个集合只能通过`createIndex`和`dropIndexes`来操作。

二、实验

1.MongoDB文档管理

(1)排序

(2)regex 正则匹配

(3)取年龄

(4)前5个和第6个开始

db.user_list.find({},{"_id":0,"name":1,"age":1}).sort({"age":1}).limit(5);

(5)查询所有数据

(6)laoli 减去2岁

db.user_list.updateMany({name:"laoli"},{$inc:{age:-2}})

(7)xiaoming都改为20岁

 db.user_list.updateMany({name:"xiaoming"},{$set:{age:20}})

(8)xiaoming都增加2岁

> db.user_list.updateMany({name:"xiaoming"},{$inc:{age:2}})

(9)删除所有有手机号的

db.user_list.updateMany({name:"xiaoming",mobile:{exists:true}},{$unset:{mobile:true}})

(10)往列表属性中追加成员

db.user_list.update({"name":"laoli"},{$push:{"lve":"code"}}); 

(11)删除列表成员

db.user_list.update({"name":"laoli"},{$pull:{"lve":"TV"}});

(12)$addToSet 结合 $each 把一个数组中每一个成员添加到数组中

db.user_list.update({"name":"laoli"},{$addToSet:{"lve":{$each:["run","swim","ball"]}}});

(13)左边移除列表的第一个成员

 db.user_list.update({"name":"laoli"},{$pop:{"lve":-1}}); 

(14)右边移除列表的最后一个成员

db.user_list.update({"name":"laoli"},{$pop:{"lve":1}});

(15)$rename 字段名重命名

db.user_list.update({"name":"laoli"},{$rename:{"lve":"love"}});

2.MongoDB索引管理（索引添加与删除）

(1)获取当前集合中已经创建的索引总大小，以字节为单位返回结果

(2)获取当前数据库中所有的索引(不会显示_id主键)

(3)查询MongoDB

(4)查询1条数据，准备用user_id做 索引

(5)新增索引(6)查看是否走索引

> db.orders.find({user_id:10}).count()
200
> db.orders.find({user_id:101}).count()
200
> db.orders.find({user_id:101}).explain("executionStats");

(7)倒叙查询，显示先查询（104M数据）再索引

(8)索引迭代2个版本

(9)3微秒执行402次

(10)执行完成

(11)准备选取2个做索引

(12)创建索引

(13)查看索引数量（第一个为默认的主键索引，第二个为单字段普通索引，第三个为多字段索引）

(14)走了索引

db.orders.find({"date":"2020-09-01"}).explain("executionStats");

(15)还是走了索引（只要有1个满足就会走索引）

db.orders.find({"date":"2020-09-01","onumber":"0000000000001007"}).explain("executionStats");

(16)没条件满足会走全表扫描

db.orders.find({"title":"购买商品-1007","onumber":"0000000000001007"}).explain("executionStats");

(17)删除单字段索引

(18)删除多字段索引

> db.orders.dropIndex("user_id_1")
{ "nIndexesWas" : 3, "ok" : 1 }
> db.orders.getIndexes()

(19)全表扫描

> db.orders.find({"date":"2020-04-17","title":"赠送礼品-10"});> db.orders.find({"date":"2020-09-01","title":"赠送礼品-10"}).explain("executionStats");

(20)添加多字段索引，查询为索引扫描

> db.orders.createIndex({"date":1,"user_id":1});> db.orders.find({"date":"2020-09-01","title":"赠送礼品-10"}).explain("executionStats");

3.MongoDB索引管理（全文索引）

(1)默认支持英文

(2)查询基本使用，命中全文索引

db.orders.find({$text:{$search:"商品-19"}}).explain("executionStats")

(3)还有倒序步骤

4.MongoDB索引管理（多列索引）

（1)创建测试数据

(2)添加唯一索引

db.orders.createIndex({"onumber":1},{unique:true});

(3)查看索引

db.orders.getIndexes()

(4)获取索引大小（包含全文和唯一索引）

db.orders.totalIndexSize()

(5)索引扫描

db.orders.find({"onumber":"0000000000001019"}).explain("executionStats")

(6)创建doc表并查询索引

（7）删除后变成全表扫描

(7)删除orders表全文索引查看大小

(8)已命中

(9)删除索引

> db.orders.dropIndexes("onumber_1")> db.orders.getIndexes()

5.MongoDB索引管理（ttl索引）

(1)在文档创建10秒后删除文档

(2)插入显示已被删除

(3)删除索引

(4)新建索引

(5)都已删除

三、问题

1.查询执行情况报错

（1）问题

（2）语法错误

语法错误修改命令

（3）解决方法

修改命令

2.创建索引失败

（1）问题

（2）原因分析

语法错误

（3）解决方法

修改命令

3.find查询报错

（1）报错

（2）原因分析

语法错误

（3）解决方法

修改命令