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MongoDB聚合查询详解

2022-12-26 12:01

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聚合管道

聚合框架是 MongoDB 中的一组分析工具，可以对一个或多个集合中的文档进行分析。

MongoDB 的聚合框架基于管道的概念：首先从集合中获取到输入，然后将输入的文档传递到一个或多个阶段，每个阶段都将之前阶段输出的内容作为输入，最终得到一个聚合结果作为输出。

上面的图是一个比较宽泛的管道流程图。这里展示一个 MongoDB 聚合语句映射到管道之后的情况：

在这里可以看得出，aggregate([{}, {}]) 是一个聚合语句，在函数的数组中，每一个对象都是一个阶段，$match 应该就是一个筛选文档的阶段，$group 应该就是一个分组汇总的阶段。

管道阶段

使用聚合框架最重要的就是熟悉操作的语法，以及将这些语法构建成管道当中的阶段。

在 MongoDB 聚合框架中，每一个阶段都必须要规定一个特定的阶段运算符，这些阶段运算符表明了阶段的执行规则，可以到官方文档上查看更多、更详细的内容。

常见操作

最常见的操作应该是能与普通查询语句对应上的操作，如查询、投影、排序、跳过、限制等等。虽然这些在一个 find() 语句中就能实现。

最常使用的操作就是查询，也可以说是筛选、过滤，在聚合框架中使用 $match 来表明这是一个筛选文档的阶段。如下是其使用语法：

{ $match: { <query> } }

第二个则是投影，这个阶段可以修改输入文档的结构，通常是重命名、增加、删除属性，也可以通过表达式创建计算结果以及嵌套文档。如下是其使用语法：

// <field>: <1 or true>
// <field>: <0 or false>
// <field>: <expression>
{ $project: { <specification(s)> } }

排序、跳过、限制都比较容易理解，实际上可以与 find() 结果的游标支持的函数做联系。如下是其使用语法：

// 排序
{ $sort: { <field1>: <sort order>, <field2>: <sort order> ... } }
// 跳过
{ $skip: <positive 64-bit integer> }
// 限制
{ $limit: <positive 64-bit integer> }

上述 5 个阶段是最常用的阶段，在使用时需要注重它们的效率，一般会使用这样的顺序去构建管道：

通过筛选语句过滤指定集合，得到符合要求的文档列表；
如果排序非常重要，这一个阶段需要在过滤文档之后；
如果需要做分页功能，应该是先执行跳过的阶段，然后再到限制的阶段；
最后，执行投影阶段（进入投影阶段的文档应该尽量少）。

条件组累加器

在一些阶段操作中，MongoDB 支持使用累加器来增强聚合功能，这里说的累加器泛指求和、平均值、最大值、最小值等功能的操作符。

算术运算

这里的算术运算不是统称的四则运算，指的是与数学相关的运算，如平均值、求和等。

$avg 累加器用于计算平均值，通过是直接指定一个键名即可，使用 { $avg: "$keyName" } 这样的语法。

$sum 累加器用于计算指定键的和，也是直接指定一个键名即可，使用 { $sum: "$keyName" } 这样的语法。

最值运算

累加器支持的最值包括这些：最小值、最大值、最大的 n 个值。

最小值和最大值的理解都比较容易，使用也比较容易。最小值使用了 { $min: "$keyName" } 这样的语法，最大值使用了 { $max: "$keyName" } 这样的语法。

最大的 n 个值是在 5.2 版本新增的累加器，其作用是通过指定输入的键，得到这些键值中排序后最大的 n 个值，其语法如下：

{
    $maxN: {
        // 指定键名  input: "$score"
        input: <expression>,
        // 指定数量  n: 3
        n: <expression>
    }
}

数组提取

这里的数组提取指的是提取数组中的某个元素，现在能支持到的就是提取出数组中的前 n 个元素、后 n 个元素。

在这里可以使用 $first、$firstN、$last、$lastN 这样的运算符，它们的语法分别如下：

{ $first: <expression> }
 
{
    $firstN: {
        input: <expression>,
        n: <expression>
    }
}
 
{ $last: <expression> }
 
{
    $lastN: {
        input: <expression>,
        n: <expression>
    }
}