# 聚合管道

在本页面

* [管道](#pipeline)
* [管道表达式](#pipeline-expressions)
* [聚合管道行为](#aggregation-pipeline-behavior)
* [注意事项](#considerations)

聚合管道是用于数据聚合的框架，其模型基于数据处理管道的概念。文档进入多阶段管道，将文档转换为聚合结果。例如：

在这个例子中

```
db.orders.aggregate([
    { $match: { status: "A" } },
    { $group: { _id: "$cust_id", total: { $sum: "$amount" } } }
])
```

**第一阶段**：[`$match`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段按`status`字段过滤文档，并将`status`等于`"A"`的文档传递到下一阶段。

**第二阶段**：[`$group`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段按`cust_id`字段将文档分组，以计算每个`cust_id`唯一值的金额总和。

## 管道

MongoDB 聚合管道由多个[阶段](https://docs.mongoing.com/can-kao/yun-suan-fu/aggregation-pipeline-stages)组成。每个阶段在文档通过管道时转换文档。管道阶段不需要为每个输入文档生成一个输出文档; 如：某些阶段可能会生成新文档或过滤掉文档。

Pipeline阶段可以与外管道出现多次[`$out`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)，[`$merge`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)和 [`$geoNear`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段。有关所有可用阶段的列表，请参见 [聚合管道阶段](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)。

MongoDB 在[mongo](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/docs/Reference/MongoDB-Package-Components/mongo.md) shell 中提供[db.collection.aggregate()](https://docs.mongoing.com/can-kao/mongo-shell-methods/collection-methods/db-collection-aggregate)方法，在聚合管道中提供[聚合](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/docs/Reference/Database-Commands/Aggregation-Commands.md)命令。

对于聚合管道的 example 用法，请考虑[使用用户首选项数据进行聚合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/example-with-user-preference-data)和[使用 Zip Code 数据集进行聚合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/example-with-zip-code-data)。

从MongoDB 4.2开始，您可以使用聚合管道在以下位置进行更新：

| 命令                                                                            | Mongoshall方法                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                |
| ----------------------------------------------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| [`findAndModify`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) | [db.collection.findOneAndUpdate（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [db.collection.findAndModify（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  |
| [`pdate`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)         | [db.collection.updateOne（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [db.collection.updateMany（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [db.collection.update（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [Bulk.find.update（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [Bulk.find.updateOne（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) [Bulk.find.upsert（）](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) |

> **\[success] 也可以看看**
>
> [聚合管道更新](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)

## 管道表达式

某些管道阶段将管道表达式作为操作数。管道表达式指定要应用于输入文档的转换。表达式具有[文档](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/Introduction-to-MongoDB/Documents.md)结构，可以包含其他[表达式](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-reference/aggregation-pipeline-quick-reference)。

管道表达式只能对管道中的当前文档进行操作，并且不能引用其他文档中的数据：表达式操作提供文档的内存转换。

通常，表达式是无状态的，只有在聚合过程看到表达式时才计算，只有一个例外：[累加器](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-reference/aggregation-pipeline-quick-reference)表达式。

在[$group](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段中使用的累加器在记录管道中的进程时维护它们的状态(如： 总计，最大值，最小值和相关数据)。

Mongodb 3.2的变化：[$project](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段有一些累加器可用;但是，在[$project](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段使用时，累加器不会跨文档维护它们的状态。

有关表达式的更多信息，请参阅[表达式](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-reference/aggregation-pipeline-quick-reference)。

## 聚合管道行为

在 MongoDB 中，[管道](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)命令在单个集合上运行，从逻辑上将整个集合传递到聚合管道。为了尽可能优化操作，请使用以下策略以避免扫描整个集合。

### 管道运算符和索引

MongoDB的[query planner](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)分析聚合管道，以确定是否可以使用[索引](https://docs.mongodb.com/manual/indexes/#indexes)来改善管道性能。例如，以下管道阶段可以利用索引：

> **\[success] 注意**
>
> 以下管道阶段并不代表可以使用索引的所有阶段的完整列表。

* **$match**

  如果[`$match`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段出现在管道的开始，该阶段可以使用索引来过滤文档。
* **$sort**

  只要前面没有[`$project`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)，[`$unwind`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)或 [`$group`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段，[`$sort`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段可以使用索引。
* **$group**

  如果满足下列所有的条件，[`$group`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段有时可以使用的索引来查找每一个组中的第一文档：

  * [`$group`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段之前是一个[`$sort`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline) 阶段，该阶段对字段进行分组
  * 在分组的字段上有一个索引，它与排序顺序匹配
  * [`$group`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段中使用的唯一累加器是 [`$first`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)

  有关示例，请参见[优化以返回每个组的第一个文档](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)。
* **$geoNear**

  [`$geoNear`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)管道运算符利用地理空间索引。在使用时[`$geoNear`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)， [`$geoNear`](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)管道操作必须出现在聚合管道的第一阶段出现。

> Mongodb 3.2 版本的改变：从MongoDB 3.2开始，索引可以覆盖聚合管道。在MongoDB 2.6和3.0中，索引无法覆盖聚合管道，因为即使管道使用索引，聚合仍需要访问实际文档。

### 早期过滤

如果聚合操作仅需要集合中的数据子集，请使用[$match](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)，[$limit](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)和[$skip](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)阶段来限制在管道开头输入的文档。当放置在管道的开头时，[$match](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)操作使用合适的索引来仅扫描集合中的匹配文档。

在管道的开头放置[$match](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/Aggregation/reference-operator-aggregation-match.html#pipe._S_match)管道阶段后跟[$sort](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/Aggregation/reference-operator-aggregation-sort.html#pipe._S_sort)阶段在逻辑上等同于具有排序的单个查询并且可以使用索引。如果可能，将[$match](https://github.com/mongodb-china/MongoDB-CN-Manual/tree/8490376c81d56eff95abbaddc6ee414b1e1c9705/docs/Aggregation/reference-operator-aggregation-match.html#pipe._S_match) 操作符放在管道的开头。

### 附加功能

聚合管道具有内部优化阶段，为 operators 的某些序列提供改进的 performance。有关详细信息，请参阅[聚合管道优化](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-optimization)。

聚合管道支持对分片集合的操作。见[聚合管道和分片集合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-and-sharded-collections)。

* [聚合管道优化](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-optimization)
* [聚合管道限制](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-limits)
* [聚合管道和分片集合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-and-sharded-collections)
* [使用 Zip Code 数据集进行聚合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/example-with-zip-code-data)
* [Example with User Preference Data](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/example-with-user-preference-data)

## 注意事项

### 分片集合

聚合管道支持对分片集合的操作。请参阅[聚合管道和分片集合](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-and-sharded-collections)。

### 聚合管道与Map-Reduce的比较

聚合管道为[map-reduce](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline)提供了一种替代方案，并且对于map-reduce的复杂性可能没有保障的聚合任务，它可能是首选的解决方案。

### 限制

聚合管道对值类型和结果大小有一些限制。有关聚合管道的限制和限制的详细信息，请参见[聚合管道限制](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-limits)。

### 管道优化

管道优化聚合管道具有内部优化阶段，可为某些操作符序列提供改进的性能。有关详细信息，请参阅[聚合管道优化](https://docs.mongoing.com/aggregation/aggregation-pipeline/aggregation-pipeline-optimization)。

译者：李冠飞 刘翔

校对：李冠飞