多键索引边界

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多键索引的相交边界

多键索引的复合边界

索引扫描的边界定义了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来组合这些谓词的边界，以便生成具有较小边界的扫描。

多键索引的相交边界

边界交集是指逻辑合取（即 AND ) 的多个边界。实例，给定两个边界[ [ 3, Infinity ] ]和[ [ -Infinity, 6 ] ] ，边界的交集结果为[ [ 3, 6 ] ] 。

给定一个索引大量字段，考虑一个在大量上指定多个谓词并且可以使用多键索引的查询。如果连接谓词，则MongoDB可以与$elemMatch 多键索引边界相交。

例如，创建一个survey集合，其中包含具有字段item和数组字段ratings的文档：

db.survey.insertMany(
   [
      { _id: 1, item: "ABC", ratings: [ 2, 9 ] },
      { _id: 2, item: "XYZ", ratings: [ 4, 3 ] }
   ]
)

在ratings数组上创建多键索引：

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

以下查询使用$elemMatch要求数组中至少包含一个同时匹配这两个条件的元素：

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

分别采用谓词：

大于或等于 3 谓词的边界（即 $gte: 3 ）为[ [ 3, Infinity ] ] ；
小于或等于 6 谓词的边界（即 $lte: 6 ）的值为[ [ -Infinity, 6 ] ] 。

由于该查询使用$elemMatch连接这些谓词，因此 MongoDB 可以将边界相交到：

ratings: [ [ 3, 6 ] ]

如果查询未使用$elemMatch连接数组字段上的条件，则 MongoDB 无法与多键索引边界相交。考虑以下查询：

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

该查询在ratings数组中搜索至少一个大于或等于 3 的元素以及至少一个小于或等于 6 的元素。由于单个元素不需要同时满足这两个条件，因此 MongoDB不会与边界相交，而是会使用[ [ 3, Infinity ] ]或[ [ -Infinity, 6 ] ] 。 MongoDB 不保证它会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。实例，给定一个复合索引{ a: 1, b: 1 } ，其[ [ 3, Infinity ] ]的字段a上的边界和[ [ -Infinity, 6 ] ]的字段b上的边界，复合边界会导致使用两个边界：

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

如果 MongoDB 无法复合这两个边界，则 MongoDB 始终将索引扫描限制为其前导字段上的边界，在本例中为a: [ [ 3, Infinity ] ] 。

数组字段上的复合索引

考虑复合多键索引；即复合索引，其中索引字段之一是数组。例如，创建一个survey集合，其中包含具有字段item和数组字段ratings的文档：

db.survey.insertMany(
   [
      { _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 } )

以下查询对索引的两个键指定了一个条件：

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

分别采用谓词：

item: "XYZ"谓词的边界是[ [ "XYZ", "XYZ" ] ] ；
ratings: { $gte: 3 }谓词的边界是[ [ 3, Infinity ] ] 。

MongoDB 可以组合这两个边界以使用以下内容的组合边界：

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

对标量索引字段进行范围查询 (WiredTiger)

仅适用于 WiredTiger 和内存存储引擎，

在多键索引中，MongoDB 会追踪哪个或哪些索引字段导致索引成为多键索引。跟踪此信息允许 MongoDB 查询引擎使用更严格的索引边界。

上述复合索引位于标量字段[1] item和数组字段ratings上：

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

对于 WiredTiger 和内存存储引擎，如果查询操作在复合多键索引的索引标量字段上指定了多个谓词，MongoDB 将与该字段的边界相交。

例如，以下操作指定对标量字段的范围查询以及对数组字段的范围查询：

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

MongoDB 将使item到[ [ "L", "Z" ] ]的边界和[[3.0, 6.0]]的评级的边界相交，以使用以下条件的组合边界：

"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情况。实例，创建一个包含以下文档的surveycollection：

db.survey.insertMany(
   [
      { _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" 、 "item.manufactured"和数组字段ratings上创建复合多键索引：

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

考虑以下在标量字段上指定查询谓词的操作：

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

对于此查询，MongoDB 可以使用以下各项的组合边界：

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

早期版本的 MongoDB 无法合并标量字段的这些边界。

[1]	标量字段是指其值既不是文档也不是数组的字段；例如，值为字符串或整数的字段为标量字段。只要字段本身不是数组或文档，标量字段就可以是嵌套在文档中的字段。例如，在文档`{ a: { b: { c: 5, d: 5 } } }`中， `c`和`d`是标量字段，而`a`和`b`不是标量字段。

嵌入式文档数组中字段的复合索引

如果数组包含嵌入式文档，要对嵌入式文档中包含的字段进行索引，请在索引规范中使用虚线字段名称。实例，给定以下嵌入式文档数组：

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

score字段的虚线字段名称为"ratings.score" 。

非数组字段和数组字段的复合边界

考虑collection survey2包含具有字段item和数组字段ratings的文档：

{
  _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以及数组中的两个字段ratings.score和ratings.by上创建复合索引：

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

以下查询在所有三个字段上指定了一个条件：

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

分别采用谓词：

item: "XYZ"谓词的边界是[ [ "XYZ", "XYZ" ] ] ；
score: { $lte: 5 }谓词的边界是[ [ -Infinity, 5 ] ] ；
by: "anon"谓词的边界是[ "anon", "anon" ] 。

MongoDB 可以将item键的边界与"ratings.score"的边界或"ratings.by"的边界组合，具体取决于查询谓词和索引键值。 MongoDB 不保证它与item字段的复合边界。实例，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 可能会选择将item边界与"ratings.by"边界混合：

{
  "item" : [ [ "XYZ", "XYZ" ] ],
  "ratings.score" : [ [ MinKey, MaxKey ] ],
  "ratings.by" : [ [ "anon", "anon" ] ]
}

但是，要将"ratings.score"的边界与"ratings.by"的边界复合，查询必须使用$elemMatch 。有关更多信息，请参阅数组中索引字段的复合边界。

数组中索引字段的复合边界

要将同一数组中索引键的边界复合在一起，请执行以下操作：

索引键必须共享相同的字段路径（Field Path），但不包括字段名称，并且
查询必须在该路径上使用$elemMatch指定字段的谓词。

对于嵌入式文档中的字段，虚线字段名称（例如"a.b.c.d" ）是d的字段路径（Field Path）。要复合来自同一数组的索引键的边界， $elemMatch必须位于直至字段名本身但不包括字段名本身的路径上；即"a.b.c" 。

实例，在ratings.score和ratings.by字段上创建复合索引：

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

字段"ratings.score"和"ratings.by"共享字段路径ratings 。以下查询在字段ratings上使用$elemMatch ，以要求数组至少包含一个同时匹配这两个条件的单个元素：

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

分别采用谓词：

score: { $lte: 5 }谓词的边界为[ -Infinity, 5 ] ；
by: "anon"谓词的边界为[ "anon", "anon" ] 。

MongoDB 可以组合这两个边界以使用以下内容的组合边界：

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

查询没有 `$elemMatch`

如果查询未使用$elemMatch连接索引数组字段上的条件，则 MongoDB无法复合其边界。考虑以下查询：

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

由于数组中的单个嵌入式文档不需要满足这两个条件，因此 MongoDB不会复合边界。使用复合索引时，如果 MongoDB 无法约束索引的所有字段，则 MongoDB 始终会约束索引的前导字段，在本例中为"ratings.score" ：

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

`$elemMatch` 在不完整路径上

如果查询未在嵌入式字段的路径上指定$elemMatch （最多但不包括字段名称），则 MongoDB无法复合来自同一数组的索引键的边界。

例如，collection survey3 包含具有字段 item 和数组字段 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（Field Path）"ratings.scores" ，并且$elemMatch必须位于该路径上。

但是，以下查询使用了$elemMatch ，但未在所需路径上使用：

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

因此，MongoDB无法复合边界，并且"ratings.scores.q2"字段在索引扫描期间将不受约束。要复合边界，查询必须在路径"ratings.scores"上使用$elemMatch }：

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

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多键索引的相交边界

多键索引的复合边界

数组字段上的复合索引

对标量索引字段进行范围查询 (WiredTiger)

嵌入式文档数组中字段的复合索引

非数组字段和数组字段的复合边界

数组中索引字段的复合边界

查询没有 $elemMatch

$elemMatch 在不完整路径上

查询没有 `$elemMatch`

`$elemMatch` 在不完整路径上