Mongo实战-分片集群的查询与索引

从应用程序的角度来看，查询分片集群和查询单个mongod没什么区别。这两种情况下，查询接口和迭代结果集的过程是一样的。但在外表之下，两者还是有区别的，我们需要从细节层面进行了解。

1. 分片查询类型

假设正在查询一个分片集群，为了返回一个恰当的查询响应，mongos要与多少个分片进行交互。稍微思考一下，就能发现这与分片键是否出现在查询选择器里有关。配置服务器（就是mongos）维护了一份分片范围的映射关系，就是我们在前面博文中描述的块。如果查询包含分片键，那么mongos通过数据块能够很快定位哪个分片包含查询的结果集。这个称为针对性查询（targeted query）

但是，如果分片键不时查询的一部分，那么查询计划器就不得不访问所有分片来完成查询。这称为全局查询或分散/聚合查询（scatter/gather query）。下图描述了这两种查询。

针对任意指定的分片集群查询，explain命令能显示其详细查询路径。首先看一个针对性查询，此处要查询一个随机文档。

explain结果清晰地说明了查询命中了一个分片-分片A，返回一个文档。查询选择器很聪明地使用了分片键前缀的子集来路由查询。

那么全局查询又会是怎样呢？你可以方便地使用explain命令。下面就是一个根据filename字段进行查询的例子，其中既没有用到索引，也没有用到分片键：

selector={filename:"sheet-1"}
db.spreadsheets.find(selector).explain(true)

执行结果如下：

如你所想，该全局查询在两个分片上进行了表扫描，如果查询与你的应用程序相关，你一定想在filename上增加一个索引。无论哪种情况都会搜索整个集群以返回完整结果。一些查询要求并行获取结果集。这就要求在mongos路由器上合并结果。没有索引，这样的额查询会非常低效，并且会屡遭禁止。因此，在下面的查询最近创建的文档的例子里，你就先要创建必要的索引。

db.spreadshetts.ensureIndex({updated_at:1})

正如预期的那样，游标扫描了每个分片的updated_at索引，一次返回最近更新的文档。

更有可能出现的查询时返回某个用户最新修改的文档。同样，你要创建必要的索引，随后发起查询：

db.spreadshetts.ensureIndex({username:1,updated_at:-1})

关于上面的查询计划，有几个需要注意的地方。首先，该查询指向了单个分片。因为你指定了分片键username，所以查询路由器可以找出哪个分片包含了相关的块。随后你就会发现排序并不需要访问所有的分片；当排序查询中包含分片键，所要查询的分片数量通常都能有所减少。

第二个需要注意的地方是分片使用了{username:1,updated_at:-1}索引来执行查询，这说明了一个很重要的内容，即分片集群是如何处理查询的。通过分片键将查询路由给指定分片，一旦到了某个分片上，有分片自行决定使用哪个索引来执行该查询。在为应用程序设计查询和索引时，请牢记这一点。

2. 索引

有时，如果不确定某个查询时怎么解析的，可以试试explain()。通常这都很简单，但是在运行分片集群时，有几点关于索引的内容应该牢记在心，下面会逐个进行说明。

（1）每个分片器维护了自己的索引。这点应该是显而易见的，当你在分片集合上申明索引时，每个分片都会为它那部分集合构建独立的索引。例如，在上一篇博文中，通过mongos发起可db.spreadsheets.ensureIndex()命令，每一个分片都单独处理了索引创建命令。

（2）由此可以得出一个结论，每个分片上的分片集合都应该拥有相同的索引。如果不是这样的话，查询性能会很不稳定。

（3）分片集合只允许在_id字段和分片键上添加唯一性索引。其他地方不行，因为这需要在分片间进行通信，实施起来和复杂，而且相信这么做速度也很慢，没有实现的价值。

一旦理解了如何进行查询的路由选择，以及索引时如何工作的，你应该就能针对分片集群写出漂亮的查询和索引了。

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