多键索引范围

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索引扫描的边界定义查询期间要搜索的索引部分。当索引上存在多个谓词时，MongoDB将尝试通过交集或复合的方式组合这些谓词的边界，以产生具有更小边界的扫描。

多键索引的交集边界

边界交集指的是多个边界的逻辑连接(即:AND)。例如，给定两个边界[[3，∞]]和[[-∞，6]]，边界的交集得到[[3,6]]。

给定一个索引数组字段，请考虑一个查询，该查询在数组上指定多个谓词，并且可以使用 多键索引。如果联接连接谓词，则MongoDB可以与多键索引边界相交 $elemMatch。

给定索引数组字段，考虑一个在数组上指定多个谓词并可以使用多键索引的查询。如果一个$elemMatch连接谓词，MongoDB可以交叉多键索引边界。

例如，一个集合survey包含带有一个字段item和一个数组字段的文档 ratings：

{ _id: 1, item: "ABC", ratings: [ 2, 9 ] }
{ _id: 2, item: "XYZ", ratings: [ 4, 3 ] }

在ratings数组上创建一个多键索引:

db.survey.createIndex( { ratings: 1 } )

下面的查询使用$elemMatch要求数组至少包含一个匹配这两个条件的元素:

db.survey.find( { ratings : { $elemMatch: { $gte: 3, $lte: 6 } } } )

分别取谓词:

  • 大于或等于3的谓词(即$gte: 3)的边界为[[3，∞]];

  • 小于或等于6谓词(即$lte: 6)的边界为[[-∞，6]]。

因为查询使用$elemMatch来连接这些谓词，MongoDB可以交叉边界到:

ratings: [ [ 3, 6 ] ]

如果查询没有将数组字段的条件与$elemMatch连接起来，MongoDB就不能与多键索引边界相交。考虑以下查询:

db.survey.find( { ratings : { $gte: 3, $lte: 6 } } )

查询在ratings数组中搜索至少一个大于或等于3的元素和至少一个小于或等于6的元素。因为单个元素不需要同时满足两个条件，所以MongoDB不相交边界，使用[[3，∞]]或[[-∞，6]]。MongoDB不保证它选择这两个边界中的哪一个。

多键索引的复合边界

复合边界是指对复合索引的多个键使用边界。例如，给定一个复合索引{a: 1, b: 1}，其中a字段的界值为[[3，∞]]，b字段的界值为[[-∞，6]]，复合这些界值可以得到两个界值的使用:

{ a: [ [ 3, Infinity ] ], b: [ [ -Infinity, 6 ] ] }

如果MongoDB不能复合这两个边界，MongoDB总是按照前场的边界约束索引扫描，在这种情况下，a:[[3，∞]]。

数组字段的复合索引

考虑一个复合的多键索引；即复合索引，其中索引字段之一是数组。例如，一个集合survey包含带有一个字段item和一个数组字段的文档 ratings：

{ _id: 1, item: "ABC", ratings: [ 2, 9 ] }
{ _id: 2, item: "XYZ", ratings: [ 4, 3 ] }

在item字段和ratings字段上创建复合索引:

db.survey.createIndex( { item: 1, ratings: 1 } )

下面的查询在索引的两个键上指定一个条件:

db.survey.find( { item: "XYZ", ratings: { $gte: 3 } } )

分别取谓词:

  • 谓词**"XYZ"的边界是[["XYZ"， "XYZ"]]**;

  • 评级:{$gte: 3}谓词的边界是[[3，∞]];

MongoDB可以复合这两个边界使用的组合边界:

{ item: [ [ "XYZ", "XYZ" ] ], ratings: [ [ 3, Infinity ] ] }

对标量索引字段的范围查询(WiredTiger)

3.4版本的改变:仅针对WiredTiger和内存存储引擎

从MongoDB 3.4开始，对于使用MongoDB 3.4或更高版本创建的多键索引，MongoDB会跟踪哪个索引字段或哪些字段导致一个索引成为多键索引。跟踪这些信息允许MongoDB查询引擎使用更紧密的索引边界

上述复合索引位于标量字段item和数组字段ratings:

db.survey.createIndex( { item: 1, ratings: 1 } )

对于WiredTiger和内存中的存储引擎，如果一个查询操作在MongoDB 3.4或更高版本中创建的复合多键索引的索引标量字段上指定多个谓词，MongoDB将与字段的边界相交。

例如，下面的操作指定了标量字段的范围查询以及数组字段的范围查询:

db.survey.find( {
   item: { $gte: "L", $lte: "Z"}, ratings : { $elemMatch: { $gte: 3, $lte: 6 } }
} )

MongoDB将item到[[“L”，“Z”]]和评级到[[3.0,6.0]]的边界相交，使用以下的组合边界:

"item" : [ [ "L", "Z" ] ], "ratings" : [ [3.0, 6.0] ]

再举一个例子，考虑标量字段属于嵌套文档的位置。例如，一个集合survey包含以下文档：

{ _id: 1, item: { name: "ABC", manufactured: 2016 }, ratings: [ 2, 9 ] }
{ _id: 2, item: { name: "XYZ", manufactured: 2013 },  ratings: [ 4, 3 ] }

在标量字段“item.name”和“item”上创建复合多键索引。数组字段ratings:

db.survey.createIndex( { "item.name": 1, "item.manufactured": 1, ratings: 1 } )

考虑以下操作，它在标量字段上指定查询谓词:

db.survey.find( {
   "item.name": "L" ,
   "item.manufactured": 2012
} )

对于这个查询，MongoDB可以使用以下的组合边界:

"item.name" : [ ["L", "L"] ], "item.manufactured" : [ [2012.0, 2012.0] ]

早期版本的MongoDB不能合并标量字段的这些边界。

对嵌入文档数组中的字段进行复合索引

如果数组包含嵌入的文档，要对嵌入文档中包含的字段进行索引，请使用索引规范中的虚线字段名。例如，给定以下嵌入文档数组:

ratings: [ { score: 2, by: "mn" }, { score: 9, by: "anon" } ]

分数字段的虚线字段名是**“ratings.score”**。

非数组字段和数组字段的复合边界

考虑一个包含字段item和数组字段ratings的文档的集合survey2:

{
  _id: 1,
  item: "ABC",
  ratings: [ { score: 2, by: "mn" }, { score: 9, by: "anon" } ]
}
{
  _id: 2,
  item: "XYZ",
  ratings: [ { score: 5, by: "anon" }, { score: 7, by: "wv" } ]
}

在非数组字段item和数组ratings中的两个字段上创建复合索引。score和ratings.by:

db.survey2.createIndex( { "item": 1, "ratings.score": 1, "ratings.by": 1 } )

下面的查询为所有三个字段指定了一个条件:

db.survey2.find( { item: "XYZ",  "ratings.score": { $lte: 5 }, "ratings.by": "anon" } )

分别取谓词:

  • 谓词"XYZ"的边界是**[["XYZ"， "XYZ"]]**;

  • {$lte: 5}谓词的边界是**[[-∞，5]]**;

  • by: "anon"谓词的边界是["anon"， "anon"]。

MongoDB的可以复合边界为item与键或者为边界"ratings.score"或界限为"ratings.by"取决于查询谓词和索引关键字的值，。MongoDB不保证与item 领域的界限。例如，MongoDB将选择将item边界与"ratings.score"边界复合 ：

{

  "item" : [ [ "XYZ", "XYZ" ] ],

  "ratings.score" : [ [ -Infinity, 5 ] ],

  "ratings.by" : [ [ MinKey, MaxKey ] ]
}

或者，MongoDB可以选择将item范围与 "ratings.by"范围进行组合：

{

  "item" : [ [ "XYZ", "XYZ" ] ],

  "ratings.score" : [ [ MinKey, MaxKey ] ],

  "ratings.by" : [ [ "anon", "anon" ] ]

}

然而，为了复合“评级”的界限。带有“ratings.by”边界的“score”。查询必须使用$elemMatch。有关更多信息，请参见 数组中索引字段的复合边界。

数组中索引字段的复合边界

将同一个数组的索引键的边界复合在一起:

  • 索引键必须共享相同的字段路径，但不包括字段名称。

  • 查询必须使用该路径上的$elemMatch在字段上指定谓词。

对于嵌入文档中的字段，虚线字段名，例如**“a.b.c”.d"**，是d的字段路径。要复合同一个数组的索引键的边界，$elemMatch必须在到但不包括字段名本身的路径上;即.“a.b.c”。

例如，在ratings.score和ratings.by字段创建一个符合索引：

db.survey2.createIndex( { "ratings.score": 1, "ratings.by": 1 } )

字段"ratings.score"和"ratings.by"共享字段路径ratings。以下查询使用$elemMatch的字段ratings，以要求所述阵列包含至少有一个元素匹配这两个条件:

db.survey2.find( { ratings: { $elemMatch: { score: { $lte: 5 }, by: "anon" } } } )

分别取谓词:

  • { $lte: 5 }谓词的边界是[-∞，5];

  • by: "anon"谓词的边界是["anon"， "anon"]

MongoDB可以复合这两个边界使用的组合边界:

{ "ratings.score" : [ [ -Infinity, 5 ] ], "ratings.by" : [ [ "anon", "anon" ] ] }

查询没有$elemMatch

如果查询没有将索引数组字段的条件与$elemMatchh连接起来，MongoDB就不能复合它们的边界。考虑以下查询:

db.survey2.find( { "ratings.score": { $lte: 5 }, "ratings.by": "anon" } )

因为数组中嵌入的单个文档不需要同时满足这两个条件，所以MongoDB不复合边界。使用复合索引时，如果MongoDB不能约束索引的所有字段，MongoDB总是约束索引的前导字段，这里是“ratings.score”:

{
  "ratings.score": [ [ -Infinity, 5 ] ],
  "ratings.by": [ [ MinKey, MaxKey ] ]
}

$elemMatch在不完整路径上

如果查询没有在嵌入字段的路径上指定$elemMatch，最多但不包括字段名，MongoDB不能复合来自同一数组的索引键的边界。

例如，集合survey3包含一个字段item和一个数组字段ratings的文档:

{
  _id: 1,
  item: "ABC",
  ratings: [ { scores: [ { q1: 2, q2: 4 }, { q1: 3, q2: 8 } ], loc: "A" },
             { scores: [ { q1: 2, q2: 5 } ], loc: "B" } ]
}
{
  _id: 2,
  item: "XYZ",
  ratings: [ { scores: [ { q1: 7 }, { q1: 2, q2: 8 } ], loc: "B" } ]
}

在ratings.scores.q1和ratings.scores.q2字段上创建一个复合索引。

db.survey3.createIndex( { "ratings.scores.q1": 1, "ratings.scores.q2": 1 } )

字段"ratings.scores.q1"和"ratings.scores.q2"共享字段路径"ratings.scores"，并且$elemMatch必须在该路径上。

但是，下面的查询使用了$elemMatch，但不是在必需的路径上:

db.survey3.find( { ratings: { $elemMatch: { 'scores.q1': 2, 'scores.q2': 8 } } } )

因此，MongoDB 无法混合边界，并且 "ratings.scores.q2"在索引扫描期间该字段将不受限制。要增加界限，查询必须$elemMatch在路径上使用"ratings.scores"：

db.survey3.find( { 'ratings.scores': { $elemMatch: { 'q1': 2, 'q2': 8 } } } )

译者：杨帅

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