Mongodb Manual阅读笔记：CH7 索引

7索引

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对于频繁使用查询，索引提供了高性能。

7索引

7.1索引介绍

7.1.1 索引类型

7.1.1.1 默认_id

7.1.1.2 单字段索引(Single Field)

7.1.1.3复合索引(Compound Index)

7.1.1.4 Multikey Index

7.1.1.5地理空间索引

7.1.1.6文本索引

7.1.1.7 Hash索引

7.1.2索引属性

7.1.2.1唯一索引

7.1.2.2稀疏索引

7.2 索引概述

7.2.1索引类型

7.2.1.1索引类型特性

7.2.1.2索引类型文档

7.2.2索引属性

7.2.2.1 TTL索引

7.2.2.2唯一索引

7.2.2.3稀疏索引

7.2.3创建索引

7.2.3.1后台构建

7.2.3.2 删除重复

7.2.3.3 索引名

7.3索引教程

7.3.1创建索引

7.3.1.1创建一个索引

7.3.1.2创建复合索引

7.3.1.3创建唯一索引

7.3.1.4创建稀疏索引

7.3.1.5创建hash索引

7.3.1.6在复制集上创建索引

7.3.1.7后台创建索引

7.3.1.8创建老式索引

7.3.2索引管理教程

7.3.2.1删除所有

7.3.2.2重建索引

7.3.2.3管理在建索引

7.3.2.4返回所有索引

7.3.2.5评估索引的使用

7.3.3地理空间索引教程

7.3.4文本查询教程

7.3.4.1启动文本查询

7.3.4.2创建文本索引

7.3.4.3查询文本

7.3.4.4指定语言

7.3.4.5为文本索引创建名字

7.3.4.6使用权重控制查询

7.3.4.7限制扫描行数

7.3.4.8创建文本覆盖索引

7.3.5索引策略

7.3.5.1创建索引支持查询

7.3.5.2为排序的查询提供顺序

7.3.5.3保证索引都在内存中

7.3.5.4保证查询的选择性

7.4索引指南

7.1索引介绍

索引是查询高效的解决方案。如果没有索引，那么mongodb会扫描整个collection。索引是一个b树结构，保存了collection中的部分数据。

当查询可以使用某个索引的时候，mongodb会使用索引来限制输入文档的个数。如：

创建了索引，只保证少部分的数据被扫描。

对于排序，如果有索引可用，可以不需要排序后在输出。索引本来就是有顺序的。

对于覆盖，当查询的标准和projection都在这个索引里面，查询会直接从索引中返回，不会扫描collection。

7.1.1 索引类型

Mongodb提供了不同的索引类型来支持数据查询。

7.1.1.1 默认_id

如果应用程序没有给_id指定特别的值，mongod会自动在_id 上创建索引。

_id是一个唯一索引，当相同的_id 被插入就会报错

7.1.1.2 单字段索引(Single Field)

在一个字段为key创建的索引叫做单字段索引。

7.1.1.3复合索引(Compound Index)

如果在多个字段为key那么就是复合索引，如：

7.1.1.4 Multikey Index

如果一个字段是一个数组，在这个字段上面创建索引。Mongodb会自己决定，是否要把这个索引建成Multikey Index。

7.1.1.5地理空间索引

Mongodb提供了2个地理索引，2d index，2sphere Index。

7.1.1.6文本索引

文本索引不保存指定的stop word和stem word只保留词根。

7.1.1.7 Hash索引

Hash索引时对key进行hash计算然后创建索引，目前只支持等号运行，不支持区间。

7.1.2索引属性

7.1.2.1唯一索引

索引的唯一属性，会拒绝key的重复值插入

7.1.2.2稀疏索引

稀疏属性保证了索引只包含有字段值的（对于mongo来说null也是一个值）

7.2 索引概述

本节介绍mongo中types，配置选项和索引的特性。

7.2.1索引类型

MongoDB提供了很多不同的索引类型

7.2.1.1索引类型特性

所有索引在Mongodb中都是B树结构，可以有效的支持相等的匹配和区间查询，也可以以索引顺序直接输出

索引顺序

MongoDB索引有顺序和逆序2中排序方式，对于单字段索引而言，顺序和逆序是没什么区别的。对于复合索引而言，有时候顺序转化是不行的。

索引冗余(Redundant Indexes)

一个查询只能使用一个索引，但是对于or，每个子句都可以使用其他的索引

7.2.1.2索引类型文档

本节介绍索引，单字段索引，复合索引，Multikey Indexes，地理空间索引，文本索引，Hash索引

单字段索引

Mongodb默认所有的collection都有个单字段索引，_id。

如果有一个friends collection，：

{ "_id" : ObjectID(...),

"name" : "Alice"

"age" : 27

}

可以使用一下语句在name上创建索引：

db.friends.ensureIndex( { "name" : 1 } )

案例

_id索引：_id上的索引是默认创建的，并且不能删除而且是唯一的。如果不显示的插入值，_id为ObjectID类型长度为12字节。

在子文档字段上的索引：你可以在一个子文档上创建索引，如：

{"_id": ObjectId(...)

"name": "John Doe"

"address": {

"street": "Main"

"zipcode": 53511

"state": "WI"

}

}

然后再address上创建索引：

db.people.ensureIndex( { "address.zipcode": 1 } )

在子文档上创建索引：同时也可以对整个子文档创建索引：

{

_id: ObjectId("523cba3c73a8049bcdbf6007"),

metro: {

city: "New York",

state: "NY"

},

name: "Giant Factory"

}

db.factories.ensureIndex( { metro: 1 } )

db.factories.find( { metro: { city: "New York", state: "NY" } } )

匹配成功然后返回上面的文档，但是一下的查询就匹配不了：

db.factories.find( { metro: { state: "NY", city: "New York" } } )

复合索引

当key字段大于1个的时候都被叫做复合索引。

创建方法：

db.products.ensureIndex( { "item": 1, "stock": 1 } )

对已经hash索引的字段不能创建复合索引。并且复合索引字段个数最多31个

复合索引的排序，是先对第一个字段排序，然后第二个依次类推。

查询可以使用复合索引里面的前缀，都可以使用到这个索引。

排序顺序

复合索引的本身的排序顺序会影响查询是否可以使用索引的顺序。

如索引:db.events.ensureIndex( { "username" : 1, "date" : -1 } )

db.events.find().sort( { username, date: -1 } )

db.events.find().sort( { username: -1, date: 1 } )

都可以使用这个索引的顺序，但是一下查询使用不了：

db.events.find().sort( { username: 1, date: 1 } )

Mutikey Index

Multikey索引允许MongoDB返回在数组上的查询。Mongodb自己决定是否对数组创建multikey index。

Multikey支持数组值和嵌套文档

限制

复合索引和Multikey索引的相互作用：当你创建复合索引的multikey，只能有一个字段是数组，如果建立了复合索引，在2个字段上都已经是数组，那么插入就会回绝。

Hash索引：hase索引不能被multikey索引兼容。MongoDB会折叠子文档，然后计算整个的hash值。

在嵌入文档数组中的索引：你可以使用在子文档数组上创建multikey索引。

地理空间索引和查询

手册p326

文本索引

文本索引是区分大小写的，并且可以是字符串，和字符串数组。

要使用text索引，和使用text命令要先启用text搜索。

创建文本索引：创建文本索引，如：

db.reviews.ensureIndex( { comments: "text" } )

文本索引或删除stop word和后缀。文本索引可以覆盖查询。

存储需求和性能花费：有以下几个花费和需求：

1.       文本索引修改了collection中的空间分配的方法为usePowerOf2Sizes

2.       文本索引比较大。为每个单词创建一个索引项

3.       创建文本索引和创建multikey索引很类似，会花费大量的时间

4.       在创建大的文本索引时，要确保有足够的文件描述符(Unix ulimit设置)

5.       文本索引会影响插入的吞吐量，要为每一个单词索引

6.       另外，文本索引不保存短语或者信息中近似的单词

文本查询：mongodb提供了text命令来执行文本搜索。搜索过程如下：

1.在索引创建和text命令执行的时候先标记和提取查询的term

2.为匹配到的文档分配一个分数，分数决定的文档和关键字之间的关联

默认text命令返回前100关联比较强的文档。

Hash索引

Hash索引维护了索引字段的hash值，如果是子文档，那么会对真个子文档做hash计算。Hash索引支持shard collection作为shard key。

Mongodb可以在相等匹配的时候使用hash索引，区间匹配的时候不能使用。

如果已经在这个字段上创建了hash索引，那么不能再在上面创建复合索引，但是可以创建单字段索引。

7.2.2索引属性

Mongodb除了支持多种索引之外，还支持不同的索引属性。

7.2.2.1 TTL索引

创建了TTL索引，Mongodb会根据TTL索引自动删除collection的文档。比较适用于事件数据，日志，回话信息。

这个索引有一下几个限制：

1.不支持复合索引

2.索引字段必须是时间类型

3.如果是一个数组，当数组内的时间任意一个过期，就算过期

7.2.2.2唯一索引

唯一索引会回绝所有重复的键值。

db.addresses.ensureIndex( { "user_id": 1 }, { unique: true } )

如果在复合索引上创建唯一，那么复合索引里面的key的组合是唯一的，而不是单个key唯一。

文档插入，如果没有key，那么会被当null存，如果有一个唯一索引在这个字段上，又插入一个没有key的文档，那么就会报错。你可以再加稀疏索引来过滤这些空值。

7.2.2.3稀疏索引

稀疏索引只包含了有这个字段的文档，即便这个字段是null值，当文档没有这个值的时候，就不会被保存到稀疏索引中。如：

{ "_id" : ObjectId("523b6e32fb408eea0eec2647"), "userid" : "newbie" }

{ "_id" : ObjectId("523b6e61fb408eea0eec2648"), "userid" : "abby", "score" : 82 }

{ "_id" : ObjectId("523b6e6ffb408eea0eec2649"), "userid" : "nina", "score" : 90 }

db.scores.ensureIndex( { score: 1 } , { sparse: true } )

db.scores.find().sort( { score: -1 } )

{ "_id" : ObjectId("523b6e6ffb408eea0eec2649"), "userid" : "nina", "score" : 90 }

{ "_id" : ObjectId("523b6e61fb408eea0eec2648"), "userid" : "abby", "score" : 82 }

查询只会返回有score的文档。

稀疏索引和唯一索引：稀疏索引和唯一索引一起使用可以达到，关系型数据库中建的效果（不能为空，不能重复）。

7.2.3创建索引

Mongodb创建索引通过db.collection.ensureIndex()方法，

7.2.3.1后台构建

默认创建索引都会把其他数据库操作block，对于一个运行比较长的索引创建，可以考虑后台运行。

db.people.ensureIndex( { zipcode: 1}, {background: true} )

后台创建默认为false。

特性

在2.4版本之后，mongod可以支持多个索引在后台同时创建。

后台创建之后数据库还可以正常运行，不会被堵塞，但是当前创建索引的回话会被堵塞，直到创建完成。如果后台创建了索引，那么就不能执行其他的管理操作。

性能

后台索引创建是使用递增的方式，比通常的（前台）索引创建要慢，如果索引比内存大，那么会更加大的慢。

为了避免出现性能问题，最好在数据库设计阶段就确定好索引的索引设计。

在secondary创建索引

在primary使用后台索引创建，到了secondary之后会变成前台创建。所有的索引操作在secondary中都会被block。

在secondary中创建大索引最好的方式是，重启secondary到standalone状态，然后创建索引，创建完之后再加入到复制集，然后赶上primary之间的滞后。然后在下一个secondary上创建。当所有的secondary建好之后，切换primary，然后重启变为standalone，创建索引。

当在secondary上创建索引的时候，oplog需要有足够的空间。

7.2.3.2 删除重复

当collection中有重复键，那么就无法创建唯一索引，可以使用dropDups选项强制删除索引，会报存第一个key，接下来的重复的key的文档都会被删除。

如：

db.accounts.ensureIndex( { username: 1 }, { unique: true, dropDups: true } )

默认这个选项为false

7.2.3.3 索引名

默认索引名和key，排序顺序有关，如：db.products.ensureIndex( { item, quantity: -1 } )的索引名为：item_1_quantity_-1，可以使用以下来修改指定索引名：

db.products.ensureIndex( { item: 1, quantity: -1 } , { name: "inventory" } )

7.3索引教程

本节介绍，索引创建，索引管理，地理空间索引，文本搜索，索引策略

7.3.1创建索引

7.3.1.1创建一个索引

Mongodb默认会在_id上创建一个索引，并允许用户在任意字段上创建索引

在单个字段上创建索引

可以使用ensureIndex()在单个字段上创建索引。

如：db.people.ensureIndex( { "phone-number": 1 } )

额外考虑：如果collection太大，可以考虑后台创建，让数据库处于可用状态，不会被堵塞。

7.3.1.2创建复合索引

复合索引好处，是提供了索引覆盖，可以直接从索引中返回数据。

创建复合索引：db.collection.ensureIndex( { a: 1, b: 1, c: 1 } )

额外考虑：如果collection太大，可以考虑后台创建，让数据库处于可用状态，不会被堵塞。

7.3.1.3创建唯一索引

唯一索引只是索引的一个属性

db.collection.ensureIndex( { a: 1 }, { unique: true } )

一般唯一索引和稀疏索引一起使用：db.collection.ensureIndex( { a: 1 }, { unique: true, sparse: true } )

也可以在复合索引上创建唯一属性。

删除重复：可以删除重复的key

db.collection.ensureIndex( { a: 1 }, { unique: true, dropDups: true } )

7.3.1.4创建稀疏索引

稀疏索引和非稀疏索引不同，非稀疏索引会包含所有的文档，如果没有这个字段用null填充，稀疏索引如果文档没有这个字段，那么就不会为这个文档index。

db.collection.ensureIndex( { a: 1 }, { sparse: true } )

7.3.1.5创建hash索引

Hash索引时对索引字段进行hash计算，只能用户等号的匹配，不能用于区间匹配。

db.collection.ensureIndex( { _id: "hashed" } )

考虑：hash索引可以在任何字段上创建，包括子文档，会把所有的的内容计算hash，不支持multikey。

7.3.1.6在复制集上创建索引

后台创建索引在secondary会变成前台，前台创建索引会把复制block，secondary会在primary创建了索引之后再创建，如果在shard中有复制集，那么会现在shard的primary上创建，然后再secondary上创建。

注意点

需要保证oplog有足够的空间，用来保存延迟。

过程

1.关闭一个Secondary：先关闭一个secondary然后以启动不加—replSet选项，使用不同的端口运行。

2.创建索引：使用ensure创建索引

3.重启mongod：创建完之后重启mongod加上选项—replSet修改到原来的端口。

4.在所有secondary上创建索引：每个secondary根据以上1-3步创建索引

5.在primary上创建索引二选一：

a.先在primary在上是有后台创建索引

b.然后关闭primary，让别的secondary变成primary，在通过1-3步创建索引。

在后台创建索引，会比前台创建索引时间长，并且紧凑性比较差，并且会影响primary写入性能。

7.3.1.7后台创建索引

前台索引创建会block数据，后台索引创建可以让数据库任然可用，在后台索引创建时，数据库申请读写锁不会被获取。

db.collection.ensureIndex( { a: 1 }, { background: true } )

7.3.1.8创建老式索引

手册page346

7.3.2索引管理教程

本节介绍对索引的管理：删除所有，重建索引，管理在创建的索引，返回所有索引，评估索引的使用

7.3.2.1删除所有

可以使用dropIndex()方法来删除索引，db.accounts.dropIndex( { "tax-id": 1 } )

返回{ "nIndexesWas" : 3, "ok" : 1 }

nindexesWas表示删除之前的索引个数，

可以使用db.collection.dropIndex()来删除collection下的所有索引。

7.3.2.2重建索引

使用db.collection.reIndex()方法来重建collection下的所有索引。

7.3.2.3管理在建索引

可以使用db.curentOp()，msg字段会指明是否在创建索引，进度。如果不想再创建可以使用db.killop来停止创建。

7.3.2.4返回所有索引

索引的元数据存放在system.indexex下面

获取collection下的索引

db.people.getIndexes()

获取数据库下的所有索引

db.system.indexes.find()

7.3.2.5评估索引的使用

查询性能能够很好的指明索引的使用

操作

使用explain返回执行计划：在cursor下有个explain查看查询执行计划，其中包含了使用的索引。

使用hint：使用hint来强制使用索引

db.people.find( { name: "John Doe", zipcode: { $gt: 63000 } } } ).hint( { zipcode: 1 } )

使用报表：

serverStatus的输出indexCounters，scanned，scanAndOrder

collStats的输出totalIndexSize，indexSizes

dbStats的输出dbStats.indexes，bStats.indexSize

7.3.3地理空间索引教程

手册p349

7.3.4文本查询教程

本节介绍，启动文本查询，创建文本索引，查询文本，指定语言，为文本索引创建名称，使用权重控制查询结果，限制没扫描的文档，创建覆盖索引

7.3.4.1启动文本查询

文本查询现在还是beta版本，一下特性：

1.需要先启动文本查询

2.如果要为shard或者复制集启动文本查询，要在每个mongod中都启动

mongod --setParameter textSearchEnabled=true

也可以在配置文件中设置textSearchEnable。

7.3.4.2创建文本索引

可以在多个包含字符串或者字符串数组上面创建文本索引

指定字段

db.collection.ensureIndex(

{

subject: "text",

content: "text"

})

为所有字段创建索引

为所有是字符串的字段创建索引可以使用，通配符（$**）

db.collection.ensureIndex(

{ "$**": "text" },

{ name: "TextIndex" }

)

7.3.4.3查询文本

按组查询（Search For a Term）

db.quotes.runCommand( "text", { search: "TOMORROW" } )

文本是大小写敏感的，使用text命令查询。

匹配任意一个查询组

db.quotes.runCommand( "text", { search: "tomorrow largo" } )

查询包含tomorrow或者largo的文档

短语匹配

db.quotes.runCommand( "text", { search: "\"and tomorrow\"" } )

这个可以用来匹配and tomorrow短语

查询的时候有短语和独立的组时，短语和组之间使用and，组和组之间使用or

db.quotes.runCommand( "text", { search: "\"and tomorrow\"" } )

类似于(corto OR largo OR tomorrow) AND ("and tomorrow")

Tomorrow来至于短语。

匹配非某个单词之外的

db.quotes.runCommand( "text" , { search: "tomorrow -petty" } )

匹配tomorrow，但是不包含petty

限制匹配的结果集

默认text命令会返回100个文档，可以使用limit来限制返回

db.quotes.runCommand( "text", { search: "tomorrow", limit: 2 } )

指定返回结果集的列

Text命令中可以使用project来控制返回的列，1返回，0不返回

db.quotes.runCommand( "text", { search: "tomorrow",

project: { "src": 1 } } )

使用其他的查询条件过滤

Text命令的filter选项提供了这个功能。之间是and关系

db.quotes.runCommand( "text", { search: "tomorrow",

filter: { speaker : "macbeth" } } )

指定特定的语言查询

语言决定了stop word和stem word

db.quotes.runCommand( "text", { search: "amor", language: "spanish" } )

文本查询的输出

文本查询的结果以文档的方式输出

7.3.4.4指定语言

为文本索引指定默认语言

如果不填默认语言，语言为英语。如果要指定不同的语言可以在创建索引的时候指定。

db.collection.ensureIndex(

{ content : "text" },

{ default_language: "spanish" }

)

创建多语言的文本索引

在文档中指定语言：

1.如果文档保存一个language的字段，默认创建索引的时候会以这个字段为语言，来覆盖默认的英文

2.如果语言字段没有language字段，而是别的字段，那么在索引创建的时候，使用language_override指向这个字段。

包含language字段：

{ _id: 1, language: "portuguese", quote: "A sorte protege os audazes" }

{ _id: 2, language: "spanish", quote: "Nada hay más surreal que la realidad." }

{ _id: 3, language: "english", quote: "is this a dagger which I see before me" }

db.quotes.ensureIndex( { quote: "text" } )

如果文档里面有language，创建索引使用这个语言

如果没有，则使用英文。

db.quotes.runCommand( "text", { search: "que", language: "spanish" } )

因为在西班牙语上面que是stop word 所以匹配不到任何东西。

指定一个字段作为语言：

可以使用language_override选项上指定字段作为语言

{ _id: 1, idioma: "portuguese", quote: "A sorte protege os audazes" }

{ _id: 2, idioma: "spanish", quote: "Nada hay más surreal que la realidad." }

{ _id: 3, idioma: "english", quote: "is this a dagger which I see before me" }

db.quotes.ensureIndex( { quote : "text" },

{ language_override: "idioma" } )

1.如果包含idioma字段，那么以这个字段里面的语言作为语言

2.如果没有用英语

7.3.4.5为文本索引创建名字

默认文本索引创建好后，mongo会自动为这个索引创建一个名字

db.collection.ensureIndex(

{

content: "text",

"users.comments": "text",

"users.profiles": "text"

}

)

"content_text_users.comments_text_users.profiles_text"

当然也可以指定索引名

db.collection.ensureIndex(

{content: "text",

"users.comments": "text",

"users.profiles": "text"

},

{name: "MyTextIndex"}

)

7.3.4.6使用权重控制查询

默认text命令根据分数(scores)从高到低来匹配文档。对于文本索引来说，权重就表示这个字段和其他字段对于查询组来说的重要性。

默认所有的索引字段的权重都是1，可以在创建索引的时候调整

db.blog.ensureIndex(

{

content: "text",

keywords: "text",

about: "text"

},

{

weights: {

content: 10,

keywords: 5,

},

name: "TextIndex"

}

)

7.3.4.7限制扫描行数

就是用索引来现在扫描行数

{ _id: 1, dept: "tech", description: "a fun green computer" }

{ _id: 2, dept: "tech", description: "a wireless red mouse" }

{ _id: 3, dept: "kitchen", description: "a green placemat" }

{ _id: 4, dept: "kitchen", description: "a red peeler" }

{ _id: 5, dept: "food", description: "a green apple" }

{ _id: 6, dept: "food", description: "a red potato" }

db.inventory.runCommand( "text", {

earch: "green",

filter: { dept : "kitchen" }

})

db.inventory.ensureIndex({

dept: 1,

description: "text"

})

因为会扫描过滤特定的字段kitchen，然后创建一个符合索引把dept放在前面。

1.排序索引必须在文本索引的前面

2.只会对符合prefix的进行索引

3.不能再有multikey索引或者地理空间索引

4.text命令必须要办filter，并且使用等号条件。

这样的话指定的dept会限制扫描的行数

7.3.4.8创建文本覆盖索引

1.添加text到排序索引中

2.使用text命令的时候使用project限制字段。

db.collection.ensureIndex( { comments: "text",username: 1 } )

db.quotes.runCommand( "text", { search: "tomorrow",project: { username: 1,_id: 0}})

7.3.5索引策略

当设计索引的时候，要考虑读写的比例，内存，查询的类型。

在创建索引的时候，要知道所有的查询，虽然索引有性能的消耗，但是对查询的效果是很明显的。

要验证索引是否还有用，哪些运行的最好，如果这个索引没用了，那么请干掉。

7.3.5.1创建索引支持查询

当所有覆盖的时候mongo获取扫描索引，而不是从collection中要数据。

如果所有的查询使用相同的单个key创建单字段索引

如果你的索引只对一个key进行查询那么创建一个单字段索引。

为不同的查询创建复合索引

复合索引有多个key组成，主要复合prefix，都可以使用到复合索引。

创建覆盖索引

覆盖索引是为了让mongo不再去扫描collection中的数据

1.所有的查询中的字段都要在索引中

2.所有结果返回的字段也要在索引中

这样效率比较高，因为索引要不再内存中，要不就是在磁盘中但是是顺序的。

使用explain()中的indexOnly如果为true那么就是覆盖的，否则就不是

7.3.5.2为排序的查询提供顺序

可以使用索引里面的排序，为查询提供了很好的性能。

如果索引时一个覆盖索引，并且查询时索引的prefix，并且前面是使用相等的匹配，那么就可以使用索引的排序。或者排序时覆盖索引的prefix，也可以使用索引的排序。

explain()返回中如果scanAndOrder为false说明可以使用索引顺序

7.3.5.3保证索引都在内存中

使用db.collection.totalIndexSize()函数查看索引大小，保证加上workset之后比物理内存小。如果有多个collection，那么要看所有的索引大小和workset都可以同时在内存中。

只保存当前数据在内存中

有些索引时不需要全部都在内存中的，只要保证最常用的在内存中的就可以了。

7.3.5.4保证查询的选择性

选择性是使用索引限制返回行数的能力，低选择性的索引对查询本身就没有什么很大的好处。可以让多个低选择性的字段组合成复合索引，来提高选择性，或者低选择性的字段和高选择性的字段组合成复合索引。

低选择性可能比查询整个collection还要慢。

7.4索引指南

手册p374