前言

索引的重要性在數(shù)據(jù)庫中是不言而喻的，mysql 中使用了 B+ 數(shù)來當(dāng)做索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為 mysql 性能提升做了很大的貢獻(xiàn)，那么在 mongoDB 中又使用了什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢?今天就和大家聊聊 mongoDB 的索引

• mongoDB 的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么?
• mongoDB 支持哪些索引類型?
• 索引奇淫技巧 ?
• 怎么查看我到有沒有用到索引?

mongo 的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么

網(wǎng)上對 mongoDB 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有很多種說法，有說 B- 樹的，有說 B 樹的，還有說 B+ 樹的

這里先說一個(gè)常識性的誤區(qū)，「沒有 B 減樹」，B-tree 其實(shí)就是 B 樹，中間的破折號只是用來連接而已，「只有 B 樹和 B+ 樹」

官方文檔明確說到，在 WiredTiger 存儲引擎當(dāng)中，可以支持 B-Tree 和 LSM 兩種結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，「默認(rèn)使用 B+ 樹」的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中維護(hù)表的數(shù)據(jù)，說 B 樹也沒錯(cuò)，因?yàn)?B+ 樹就是 B 樹的子集

對于 WiredTiger 存儲引擎來說，集合所在的數(shù)據(jù)文件和相應(yīng)的索引文件都是按 B-Tree 結(jié)構(gòu)來組織的，不同之處在于數(shù)據(jù)文件對應(yīng)的 B 樹葉子結(jié)點(diǎn)上除了存儲鍵名外(keys)，還會存儲真正的集合數(shù)據(jù)(values)，所以數(shù)據(jù)文件的存儲結(jié)構(gòu)也可以認(rèn)為是一種 B+Tree

mongo 中支持哪些索引類型

單個(gè)索引

簡而言之就是單個(gè)字段的索引，比如

db.children.createIndex({ age : 1 })

就相當(dāng)于給 children 表的 age 字段建立了一個(gè)升序索引 (升序 ( 1) 或降序 ( -1) )

復(fù)合索引

符合索引其實(shí)就是多個(gè)字段自合成一個(gè)索引，比如

db.children.createIndex({ age : 1，height : 1 })

就相當(dāng)于給 children 表 以 age 字段升序 height 字段升序建立了一個(gè)索引

多鍵索引

在MongoDB中可以「基于數(shù)組來創(chuàng)建索引」。MongoDB為數(shù)組每一個(gè)元素創(chuàng)建索引值。多鍵索引支持?jǐn)?shù)組字段的高效查詢，比如

([{ _id: 1, name: "xiaohong", age: "1", ratings: [ 1, 2, 3 ] })
db.children.createIndex( { ratings: 1 } )

但是對于一個(gè)復(fù)合多鍵索引，「每個(gè)索引最多可以包含一個(gè)數(shù)組」。比如以下情況就無法建立索引

([{ _id: 1, name: "xiaohong", age: "1", ratings: [ 1, 2, 3 ],teams:[ 1 , 3 , 4] })
db.children.createIndex( { ratings: 1 ,teams : -1} )

地理空間索引

為了支持對地理空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)的高效查詢，MongoDB提供了兩個(gè)特殊的索引:在返回結(jié)果時(shí)使用平面幾何的2d索引和使用球面幾何返回結(jié)果的2dsphere索引。有關(guān)地理空間索引的高級介紹，請參見2d Index Internals。

文本索引

MongoDB提供了一種文本索引類型，它支持搜索集合中的字符串內(nèi)容。這些文本索引不存儲特定于語言的停止詞(例如**“the”，“a”，“or”**)，并且在一個(gè)集合中只存儲根詞的詞干。有關(guān)文本索引和搜索的更多信息，請參見文本索引。

Hashed索引

為了支持基于Hashed的分片，MongoDB提供了Hashed索引類型，該索引類型對字段值的Hashed進(jìn)行索引。這些索引在其范圍內(nèi)具有更隨機(jī)的值分布，但只支持相等匹配，而不支持基于范圍的查詢。

索引特性

唯一索引

在創(chuàng)建集合期間，MongoDB 在_id字段上創(chuàng)建唯一索引，這也是默認(rèn)的唯一索引。該索引主要是為了區(qū)分文檔并且不能刪除。創(chuàng)建方式就是加上 unique: true

db.children.createIndex( { age : 1 }, { unique: true } )

部分索引

部分索引僅索引集合中符合指定過濾器表達(dá)式的文檔。

比如 children 表中，將 age 大于 5 數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)升序索引

db.children.createIndex(
{age:1},
{partialFilterExpression: {age: {$gt:5}}})

建立部分索引可以節(jié)省存儲空間，提升索引查詢效率。比如該文檔 2000 年前的數(shù)據(jù)為垃圾數(shù)據(jù)，不常用，那就可以根據(jù)時(shí)間大于 2000 年創(chuàng)建索引

稀疏索引

索引的稀疏屬性可確保索引僅包含具有索引字段的文檔的條目。索引會跳過沒有索引字段的文檔。創(chuàng)建方式就是加上 sparse: true

db.children.createIndex( { "age": 1 }, { sparse: true } )

TTL索引

TTL 索引是 MongoDB 可以使用的特殊索引，它可以在一定時(shí)間后自動從集合中刪除文檔。

db.children.createIndex( { "lastModifiedDate": 1 }, { expireAfterSeconds: 5 } )

以上案例就是設(shè)置 5 秒后過去，使用方式只需要創(chuàng)建索引時(shí)加上 expireAfterSeconds: 5

覆蓋索引

所有需要查詢的數(shù)據(jù)都在索引當(dāng)中，不需要從數(shù)據(jù)頁中再去尋找數(shù)據(jù)

比如我此時(shí)為 children 表的時(shí)間創(chuàng)建了一個(gè)索引
db.children.createIndex({ age : 1 })
在此時(shí)我查找年齡為兩歲的孩子時(shí)，就不需要從數(shù)據(jù)頁中去尋找數(shù)據(jù)了
db.children.find({ age : 2 })

前綴索引

所有的前綴索引都可以被這條索引所覆蓋，不需要再去針對這些前綴建立額外的索引，避免額外的開銷

比如我此時(shí)為 children 表的時(shí)間創(chuàng)建了「一個(gè)復(fù)合索引(多字段索引)」

db.children.createIndex({ age : 1，name : 1，address : 1})

「那么其實(shí)這條索引等價(jià)于三條索引」，分別是

db.children.createIndex({ age : 1 })
db.children.createIndex({ age : 1，name : 1 })
db.children.createIndex({ age : 1，name : 1，address : 1})

使用索引的奇淫技巧

組合索引的最佳方式 ESR 原則

• 1.精準(zhǔn)匹配(Equal)的放前面
• 2.排序(Sort)的放中間
• 3.范圍匹配(Range)的方最后

比如一條查詢語句

db.largeClass.find({className:"a",age:{$gte:5}}).sort(time:1)

最好的索引建立就應(yīng)該是 {className:1,time:1,age:1}

E 放在最前面大家應(yīng)該都能理解，用等值匹配去過濾掉大量數(shù)據(jù)，「那為什么是 ESR 不是 ERS 呢?」

原因就是因?yàn)槿绻秶ヅ浞旁谥虚g，那么后續(xù)我們排序的時(shí)候只能進(jìn)行「內(nèi)存排序」，而內(nèi)存排序又是很消耗資源的，數(shù)據(jù)量大時(shí)可能會「面對著多次的磁盤讀取刷內(nèi)存操作」，非常的消耗時(shí)間

合理使用部分索引

對于有些比較大的文檔，可能很多數(shù)據(jù)都是無用的，比如文檔中有三年的數(shù)據(jù)，但是業(yè)務(wù)只需要最近一年的數(shù)據(jù)，那么就可以只根據(jù)時(shí)間對最近一年的數(shù)據(jù)建立索引

后臺創(chuàng)建索引

記得在創(chuàng)建索引時(shí)加上 {background: true}，在后臺創(chuàng)建索引，防止影響 mongoDB 的正常工作，讓其自動調(diào)配創(chuàng)建時(shí)間

怎么查看我到有沒有用到索引?

在 mongoDB 中提供了 「explain 執(zhí)行計(jì)劃」，可以清晰的看到你當(dāng)前的查詢語句時(shí)候有使用到索引，使用方式也很簡單，只要在查詢語句右面加上 .explain 就可以了，有幾個(gè)「比較重要的屬性」在這里說下

「executionTimeMillis」:指的是我們這條語句的執(zhí)行時(shí)間

「docsExamined」:文檔掃描數(shù)

「totalDocsExamined」:文檔掃描條目

「totalKeysExamined」:索引掃描條目

「stage」:掃描類型，主要有

COLLSCAN：全表掃描

IXSCAN：索引掃描

FETCH：根據(jù)索引去檢索指定document

SHARD_MERGE：將各個(gè)分片返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行merge

SORT：表明在內(nèi)存中進(jìn)行了排序

LIMIT：使用limit限制返回?cái)?shù)

SKIP：使用skip進(jìn)行跳過

IDHACK：針對_id進(jìn)行查詢

SHARDING_FILTER：通過mongos對分片數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢

COUNT：利用db.coll.explain().count()之類進(jìn)行count運(yùn)算

COUNTSCAN：count不使用Index進(jìn)行count時(shí)的stage返回

COUNT_SCAN：count使用了Index進(jìn)行count時(shí)的stage返回

SUBPLA：未使用到索引的$or查詢的stage返回

TEXT：使用全文索引進(jìn)行查詢時(shí)候的stage返回

PROJECTION：限定返回字段時(shí)候stage的返回

所以當(dāng) 「stage 為 IXSCAN」 的時(shí)候就是使用到了索引掃描