Mongodb 索引对查询结果的排序

本文主要讨论 “mongodb的索引” 和 “查询结果的排序” 之间的关系，索引对排序有什么影响，为什么有影响，应该遵循什么规则。

1. 先从创建单字段索引，认识“索引排序”：

db.集合名.createIndex(要给哪一列创建索引 [,额外选项]);

第1个参数是 “给哪一列创建索引”，它的格式是: {key:1或-1}，其中1表示升序，-1表示降序。

第2个参数是 “额外选项”，它是可选的，比如：设置索引名称、指定索引类型等等。

举例： db.集合名.createIndex({age:1}) ; —> 表示在age字段上创建索引并按照升序的方式存储索引数据。

注意：索引也是一堆数据，索引是一些按照指定规则排序的数据, 最终也是被存储起来的, 也是占用磁盘空间的。

所以，在创建索引的时候要指定一个存储顺序(1升序, -1降序) ，告诉它是升序存储还是降序存储。

2. 给索引数据排序，意义何在 ?

在MongoDB中，排序操作，可以通过从索引中按照索引的顺序获取文档的方式，来保证结果的有序性。

如果MongoDB的查询计划器(planner) 没法从索引中得到排序顺序，那么它就需要在内存中对结果排序。

相比于“不用索引的排序”操作，用索引会有更好的性能。

注意，关键是：不用索引的排序操作，会在用了超过32MB内存时终止，也就是说MongoDB只能支持32MB的非索引排序。

如果数据量很大，比如我目前的应用场景下，都是千万级数据量，而且飞速增加，达亿级……

3. 用索引对查询结果进行排序

索引，是以升序(1) 或降序(-1) 的排序顺序，存储对字段的引用。

单字段索引的排序

如果在单字段上是升序索引或降序索引，则对该字段的排序操作可以是任一方向。

例如：在集合records的a字段上创建一个升序索引：db.records.createIndex( { a: 1 } ) ;

上面的索引可以支持在 a 字段上的升序排序：db.records.find().sort( { a: 1 } ) ;

上面是索引还可以通过按相反的顺序遍历索引，来支持在 a 字段上的降序排序：db.records.find().sort( { a: -1 } ) ;

对于单字段索引，字段的排序顺序并不重要，因为MongoDB可以在任意方向遍历索引。

但是，对于复合索引，排序顺序在确定索引是否支持排序操作时很重要。

复合索引的排序

你可以指定在索引的所有字段或者部分字段上排序。

用复合索引排序时，sort() 中所指定的排序字段有以下两点需要遵循，否则不会走索引排序：

（1）排序字段的 “排列顺序”，必须和它们在索引中的排列顺序一致。

划重点：前后顺序，必须一致。

例如，索引 { a: 1, b: 1 } ，可以支持 { a: 1, b: 1 } 上的排序，但不支持 { b: 1, a: 1 } 上的排序。

（2）排序字段的 “排序顺序”，必须和索引中的对应字段的排序顺序完全相同或完全相反。

划重点：升降序顺序，要么完全一样、要么完全相反。

例如，索引 { a: 1, b: -1 } ，可以支持 { a: 1, b: -1 } 和 { a: -1, b: 1 } 的排序，但不支持 { a: -1, b: -1 } 或 { a: 1, b: 1 } 的排序。

实例：events集合中包含username和date字段，建立复合索引 db.events.createIndex( { "username" : 1, "date" : -1 } ) ，它可以支持下面两种排序操作：

db.events.find().sort( { username: 1, date: -1 } ) 先按username升序再按date降序，它和索引字段的升降序顺序完全一样。

db.events.find().sort( { username: -1, date: 1 } ) 先按username降序再按date升序，它和索引字段的升降序顺序完全相反。

上面的索引不支持 db.events.find().sort( { username: 1, date: 1 } ) 先按username升序再按date升序的排序，因为它和索引字段的升降序顺序 既不完全一样、也不完全相反。

4. 排序与索引前缀

如果“排序字段”能和“索引字段或索引前缀”对应起来，那MongoDB就可以使用索引来对查询结果进行排序。

复合索引的前缀是指被索引字段的子集，它由一个或多个排在最开始的字段组成。

例如，在集合 data 上创建一个复合索引：db.data.createIndex( { a:1, b: 1, c: 1, d: 1 } ) 那么这个索引的前缀如下：

{ a: 1 }

{ a: 1, b: 1 }

{ a: 1, b: 1, c: 1 }

下面的查询和排序操作，都可以使用索引前缀来排序查询结果。

也就是说下面这些操作都不需要在内存中对结果集排序。

例子	索引前缀
db.data.find().sort( { a: 1 } )	{ a: 1 }
db.data.find().sort( { a: -1 } )	{ a: 1 }
db.data.find().sort( { a: 1, b: 1 } )	{ a: 1, b: 1 }
db.data.find().sort( { a: -1, b: -1 } )	{ a: 1, b: 1 }
db.data.find().sort( { a: 1, b: 1, c: 1 } )	{ a: 1, b: 1, c: 1 }
db.data.find( { a: { $gt: 4 } } ).sort( { a: 1, b: 1 } )	{ a: 1, b: 1 }

索引也支持使用非前缀字段来排序。

不过这种情况是有前提的，就是：查询语句中必须把排序字段之前的所有前缀字段，都加上相等条件。

例如，集合 data 有 { a: 1, b: 1, c: 1, d: 1 } 索引，如下操作可以使用索引来排序：

例子	索引前缀
db.data.find( { a: 5 } ).sort( { b: 1, c: 1 } )	{ a: 1 , b: 1, c: 1 }
db.data.find( { b: 3, a: 4 } ).sort( { c: 1 } )	{ a: 1, b: 1, c: 1 }
db.data.find( { a: 5, b: { $lt: 3} } ).sort( { b: 1 } )	{ a: 1, b: 1 }

如最后一个操作所示，只有索引中那些排列在排序字段前面的字段，必须在查询语句中有相等匹配条件，其他的索引字段才可以指定其他匹配条件。

如果查询语句没有对排列在排序字段前面或与之有所重叠的前缀字段指定相等匹配条件，那么操作将不会走索引。

例如，如下操作指定了排序 { c: 1 } ，但是查询语句并没有对前缀字段 a 和 b 指定相等匹配：

db.data.find( { a: { $gt: 2 } } ).sort( { c: 1 } ) ;

db.data.find( { c: 5 } ).sort( { c: 1 } ) ;

这些操作不会走索引 { a: 1, b: 1, c: 1, d: 1 } ，甚至可能不用索引检索文档。