MongoDB 索引建立應用與管理詳解

MongoDB 索引是提升查詢效能的關鍵機制。理解不同索引型別並正確設定，能有效降低查詢延遲。本文從單一欄位索引、複合索引到多鍵索引和全文檢索的文字索引，皆提供對應的建立方法與程式碼範例。此外，針對特殊的使用情境，也說明瞭唯一索引、部分索引和稀疏索引的建立方式，以及如何利用 TTL 索引自動刪除過期資料。最後，文章也涵蓋瞭如何檢視現有索引和刪除不再需要的索引，提供全面的索引管理策略。

MongoDB 索引建立與應用詳解

MongoDB 是一種流行的 NoSQL 資料函式庫，其高效能的資料檢索能力與索引機制密不可分。本文將探討 MongoDB 中的索引型別、建立方法及其屬性，並透過例項程式碼詳細解析其應用。

建立索引的基本方法

在 MongoDB 中，建立索引主要透過 db.collection.createIndex() 方法實作。此方法的基本語法結構如下：

db.collection.createIndex(<key 和索引型別>, <選項>)

key：指定要建立索引的欄位名稱。
索引型別：通常為 1（升冪）或 -1（降冪），定義了索引的排序方式。
選項：可選引數，用於設定索引的其他屬性。

範例：建立單一欄位索引

假設我們有一個名為 BPBOnlineBooksCollectionWithIndex 的集合，並希望在 Title 欄位上以升冪順序建立索引，可以使用以下程式碼：

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Title: 1 });

內容解密：

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex：指定要操作的集合。
createIndex()：建立索引的方法。
{ Title: 1 }：定義索引的鍵為 Title，並以升冪（1）排序。

MongoDB 中的索引型別

MongoDB 支援多種索引型別，以滿足不同的查詢需求。

1. 單一欄位索引

對單一欄位建立索引，適用於經常作為查詢條件的欄位。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Year: 1 });

內容解密：

對 Year 欄位建立升冪索引，最佳化根據年份的查詢。

2. 複合索引

對多個欄位聯合建立索引，能有效提升複雜查詢的效能。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Title: 1, Year: -1 });

內容解密：

先按 Title 升冪排序，再按 Year 降冪排序，適合需要同時依據標題和年份查詢的場景。

3. 多鍵索引

當欄位值為陣列時，MongoDB 自動為陣列中的每個元素建立索引。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ "InStock.Type": 1, "InStock.Quantity": 1 });

內容解密：

對巢狀在 InStock 中的 Type 和 Quantity 建立聯合升冪索引，便於查詢庫存相關資訊。

4. 文字索引

用於支援文字搜尋查詢，忽略停用詞（如 “a”, “an”, “the” 等）。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Title: "text" });

內容解密：

在 Title 欄位上建立文字索引，支援全文檢索功能。

索引屬性

MongoDB 的索引支援多種屬性設定，以滿足不同應用場景的需求。

1. 唯一索引

確保被索引欄位的值唯一，不允許重複。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ ISBN: 1 }, { unique: true });

內容解密：

對 ISBN 建立唯一索引，保證每本文的 ISBN 號唯一。

2. 部分索引

僅對符合特定條件的檔案建立索引，節省儲存空間並提升效能。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Title: -1 }, { partialFilterExpression: { Year: "2019" } });

內容解密：

對 Year 為 “2019” 的檔案，在 Title 欄位上建立降冪索引。

3. 稀疏索引

僅當檔案包含被索引欄位時才進行索引，否則忽略。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ ISBN: 1 }, { sparse: true });

內容解密：

對存在 ISBN 欄位的檔案建立升冪索引，不存在的則忽略。

MongoDB 索引管理詳解

MongoDB 的索引管理是資料函式庫效能最佳化的關鍵部分，正確使用索引可以大幅提升查詢效率。本文將探討 MongoDB 索引的建立、使用和管理。

建立特殊索引

在 MongoDB 中，除了基本的索引外，還有多種特殊索引可供使用，包括稀疏索引（Sparse Index）和 TTL 索引（Time To Live Index）。

稀疏索引（Sparse Index）

稀疏索引只會對存在特定欄位的資料建立索引，適合用於欄位存在率不高的集合。建立稀疏索引的範例如下：

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex(
  { ISBN: 1 },
  { sparse: true }
);

內容解密：

createIndex() 方法用於在指定的集合上建立索引。
{ ISBN: 1 } 表示在 ISBN 欄位上建立升序索引。
{ sparse: true } 引數使得該索引成為稀疏索引，只對具有 ISBN 欄位的資料進行索引。

TTL 索引（Time To Live Index）

TTL 索參照於自動刪除過期的資料，適合用於儲存臨時資料的場景，如機器日誌、事件資料或會話資訊。建立 TTL 索引的範例如下：

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex(
  { SpecialOfferDiscount: 1 },
  { expireAfterSeconds: 604800 }
);

內容解密：

在 SpecialOfferDiscount 欄位上建立升序索引。
expireAfterSeconds: 604800 設定資料在 604800 秒（7天）後自動刪除。

使用索引

建立索引後，可以利用 find() 和 sort() 方法來使用索引，提升查詢和排序的效率。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex({ Title: 1, Year: 1 });
db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.find().sort({ Title: 1, Year: 1 }).pretty();

內容解密：

在 Title 和 Year 欄位上建立複合索引。
使用 find() 方法查詢資料，並透過 sort() 方法根據索引欄位進行排序。

索引與校對（Collation）

校對（Collation）允許在建立索引時指定語言特定的排序規則，這對於處理具有特殊字元的語言尤其重要。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.createIndex(
  { Title: 1, Tags: 1 },
  { collation: { locale: "en_US" } }
);

內容解密：

在 Title 和 Tags 欄位上建立複合索引。
使用 collation 引數指定地區為 “en_US”，以支援英文（美國）的排序規則。

檢視索引資訊

可以使用 getIndexes() 方法來檢視集合中已建立的索引。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.getIndexes();

內容解密：

getIndexes() 方法傳回集合中所有索引的詳細資訊。

刪除索引

當不再需要某個索引時，可以使用 dropIndex() 或 dropIndexes() 方法來刪除它。

db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.dropIndex({ Title: 1 });
db.BPBOnlineBooksCollectionWithIndex.dropIndexes(["Title_1_Tags_1", "ISBN_1"]);

內容解密：

dropIndex() 方法用於刪除指定的單一索引。
dropIndexes() 方法用於刪除多個索引，可以傳入索引名稱的陣列來指定要刪除的索引。

綜上所述，MongoDB 的索引管理提供了豐富的功能，從基本的索引建立到特殊索引的使用，再到索引的維護和管理，每一步都對資料函式庫的效能和可擴充套件性有著重要影響。正確地使用和管理索引，是確保 MongoDB 資料函式庫高效執行的關鍵。

MongoDB 索引的建立、檢視與刪除

MongoDB 索引的基本概念

在前面的章節中，我們已經瞭解了 MongoDB 的基本操作和資料模型。在本章節中，我們將探討 MongoDB 的索引機制，包括索引的建立、檢視和刪除。

建立索引

在 MongoDB 中，索引是一種特殊的資料結構，可以提高查詢的效率。我們可以使用 createIndex() 方法來建立索引。

單一欄位索引

db.BPBOnlineBooksCollection.createIndex({ title: 1 });

複合索引

db.BPBOnlineBooksCollection.createIndex({ title: 1, author: 1 });

TTL 索引

db.BPBOnlineBooksCollection.createIndex({ createdAt: 1 }, { expireAfterSeconds: 3600 });

內容解密：

createIndex() 方法用於建立索引。
{ title: 1 } 表示對 title 欄位建立升序索引。
{ title: 1, author: 1 } 表示對 title 和 author 欄位建立複合升序索引。
{ expireAfterSeconds: 3600 } 表示設定 TTL 索引，檔案將在 3600 秒後自動刪除。

檢視索引

我們可以使用 getIndexes() 方法來檢視集合中的所有索引。

db.BPBOnlineBooksCollection.getIndexes();

內容解密：

getIndexes() 方法用於檢視集合中的所有索引。
傳回結果包括索引的名稱、鍵值和選項等資訊。

刪除索引

我們可以使用 dropIndex() 或 dropIndexes() 方法來刪除索引。

刪除單一索引

db.BPBOnlineBooksCollection.dropIndex({ title: 1 });

刪除多個索引

db.BPBOnlineBooksCollection.dropIndexes({ title: 1, author: 1 });

刪除所有索引

db.BPBOnlineBooksCollection.dropIndexes();

內容解密：

dropIndex() 方法用於刪除單一索引。
dropIndexes() 方法用於刪除多個或所有索引。
如果不指定任何引數，dropIndexes() 將刪除集合中的所有索引，除了預設的 _id 索引。

MongoDB 索引的限制

在使用 MongoDB 索引時，需要注意以下限制：

索引名稱的長度不能超過 128 個字元。
一個集合中最多可以有 64 個索引。
複合索引最多可以包含 31 個欄位。
如果索引的大小超過了記憶體的限制，MongoDB 可能會刪除部分索引，導致效能問題。

重點回顧

正確的索引可以顯著提高應用程式的效能。
在建立檔案時，MongoDB 會自動為 _id 欄位建立索引。
使用 createIndex() 方法可以建立索引。
TTL 索引可以用於自動刪除過期的檔案。
使用 getIndexes() 方法可以檢視集合中的所有索引。
使用 dropIndex() 或 dropIndexes() 方法可以刪除索引。

練習題

MongoDB 中預設的 _id 索引型別是什麼？
- a. 字串（String）
- b. 整數（Integer）
- c. 物件 ID（ObjectId）
- d. 以上皆非
答案：c. 物件 ID（ObjectId）
在 MongoDB 中，如何建立索引？
- a. db.collection.addIndex()
- b. db.collection.createIndex()
- c. db.collection.Index()
- d. db.collection.newIndex()
答案：b. db.collection.createIndex()
如何刪除集合中的所有索引？
- a. db.collection.dropIndexes();
- b. db.collection.deleteIndex();
- c. db.collection.createIndex({Field1 : -1, Field2: -1});
- d. db.collection.noIndex();
答案：a. db.collection.dropIndexes();

問題與討論

什麼是索引？為什麼它是有用的？
請解釋 MongoDB 預設的 _id 索引及其屬性。
如何在 MongoDB 中建立索引？
列出三種不同的 MongoDB 索引型別。
列出兩種 MongoDB 索引屬性。
如何檢視集合中的現有索引？
列出刪除 MongoDB 集合中索引的各種方法。

關鍵術語

索引（Indexes）：資料函式倉管理系統中儲存資料的一種特殊資料結構，使得資料更容易被遍歷。
預設 _id 索引（Default _id Index）：在 MongoDB 中建立檔案時自動為 _id 欄位建立的索引，型別為 ObjectId。
TTL（Time To Live）：表示檔案在 MongoDB 中的存活時間，以秒為單位。### MongoDB 查詢選擇器

簡介

在查詢 MongoDB 資料函式庫時，我們需要根據不同的需求擷取特定的資料。MongoDB 提供了一系列查詢選擇器來滿足這些需求。本章節將介紹 MongoDB 的查詢選擇器，包括其基本概念、不同型別以及實際應用範例。

MongoDB 查詢選擇器的基本概念

MongoDB 的查詢選擇器是用於篩選和擷取資料函式庫中檔案的工具。透過使用不同的查詢運算元，我們可以根據特定的條件來查詢檔案。

圖表說明：此圖示呈現了 MongoDB 查詢選擇器的基本架構

不同型別的查詢選擇器

MongoDB 提供多種查詢選擇器，包括比較運算元、邏輯運算元、元素運算元等。

圖表說明：此圖示呈現了不同型別的查詢選擇器

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title MongoDB 索引建立應用與管理詳解

package "資料庫架構" {
    package "應用層" {
        component [連線池] as pool
        component [ORM 框架] as orm
    }

    package "資料庫引擎" {
        component [查詢解析器] as parser
        component [優化器] as optimizer
        component [執行引擎] as executor
    }

    package "儲存層" {
        database [主資料庫] as master
        database [讀取副本] as replica
        database [快取層] as cache
    }
}

pool --> orm : 管理連線
orm --> parser : SQL 查詢
parser --> optimizer : 解析樹
optimizer --> executor : 執行計畫
executor --> master : 寫入操作
executor --> replica : 讀取操作
cache --> executor : 快取命中

master --> replica : 資料同步

note right of cache
  Redis/Memcached
  減少資料庫負載
end note

@enduml

使用範例

以下是一些使用查詢選擇器的實際範例：

範例1：使用 `$eq` 比較運算元

db.BPBOnlineBooksCollection.find({ title: { $eq: "MongoDB Basics" } });

內容解密：

$eq 用於匹配欄位值等於指定值的檔案。

範例2：使用 `$and` 邏輯運算元

db.BPBOnlineBooksCollection.find({ $and: [{ author: "John Doe" }, { price: { $gt: 20 } }] });

內容解密：

$and 用於匹配多個條件都為真的檔案。
在此範例中，查詢同時滿足作者是 “John Doe” 且價格大於20的檔案。

投影運算元

除了查詢選擇器外，MongoDB還提供了投影運算元，用於控制查詢結果中包含或排除的欄位。

範例：使用投影運算元

db.BPBOnlineBooksCollection.find({ author: "John Doe" }, { title: 1, price: 1 });

內容解密：

投影運算元用於指定查詢結果中要包含或排除的欄位。
在此範例中，查詢結果只包含 title 和 price 欄位。

玄貓 BlackCat

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。

MongoDB 索引建立應用與管理詳解

MongoDB 索引建立與應用詳解

建立索引的基本方法

範例：建立單一欄位索引

內容解密：

MongoDB 中的索引型別

1. 單一欄位索引

內容解密：

2. 複合索引

內容解密：

3. 多鍵索引

內容解密：

4. 文字索引

內容解密：

索引屬性

1. 唯一索引

內容解密：

2. 部分索引

內容解密：

3. 稀疏索引

內容解密：

MongoDB 索引管理詳解

建立特殊索引

稀疏索引（Sparse Index）

內容解密：

TTL 索引（Time To Live Index）

內容解密：

使用索引

內容解密：

索引與校對（Collation）

內容解密：

檢視索引資訊

內容解密：

刪除索引

內容解密：

MongoDB 索引的建立、檢視與刪除

MongoDB 索引的基本概念

建立索引

單一欄位索引

複合索引

TTL 索引

內容解密：

檢視索引

內容解密：

刪除索引

刪除單一索引

刪除多個索引

刪除所有索引

內容解密：

MongoDB 索引的限制

重點回顧

練習題

問題與討論

關鍵術語

簡介

MongoDB 查詢選擇器的基本概念

圖表說明：此圖示呈現了 MongoDB 查詢選擇器的基本架構

不同型別的查詢選擇器

圖表說明：此圖示呈現了不同型別的查詢選擇器

使用範例

範例1：使用 $eq 比較運算元

內容解密：

範例2：使用 $and 邏輯運算元

內容解密：

投影運算元

範例：使用投影運算元

內容解密：

玄貓 BlackCat

範例1：使用 `$eq` 比較運算元

範例2：使用 `$and` 邏輯運算元