何时使用索引，使用怎么样的索引

Question

21.36K 浏览2016/04/13数据库

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zhaoxuan@yiban.cn 0 2016/04/14 0条评论

db.test.insert({price:45,category:'normal',brand:'GE'});db.createIndex({price:-1});db.createIndex({category:1,brand:1});
query1: db.test.find({brand:'GE'});
query2: db.test.find({brand:'GE'}).sort({price:1});
query3: db.test.find({$and:[{price:{$lt:50}}, {price:{$gt:30}}]}).sort({brand:1});
query4: db.test.find({ brand:'GE'}).sort({category:1, brand:-1});

场景还原：假设按照如上操作，插入一条数据，并建立索引，分别执行query，问有哪些使用了索引，为什么使用这样的索引？
提示：可以使用explain查看详细信息，以下是四条语句的executionStats；

query1：	"executionStats" : {
		"executionSuccess" : true,
		"nReturned" : 1,
		"executionTimeMillis" : 0,
		"totalKeysExamined" : 0,
		"totalDocsExamined" : 1,
		"executionStages" : {
			"stage" : "COLLSCAN",
			"filter" : {
				"brand" : {
					"$eq" : "GE"
				}
			},
			"nReturned" : 1,
			"executionTimeMillisEstimate" : 0,
			"works" : 3,
			"advanced" : 1,
			"needTime" : 1,
			"needYield" : 0,
			"saveState" : 0,
			"restoreState" : 0,
			"isEOF" : 1,
			"invalidates" : 0,
			"direction" : "forward",
			"docsExamined" : 1
		},
		"allPlansExecution" : [ ]
	}

query2：	"executionStats" : {
		"executionSuccess" : true,
		"nReturned" : 1,
		"executionTimeMillis" : 0,
		"totalKeysExamined" : 1,
		"totalDocsExamined" : 1,
		"executionStages" : {
			"stage" : "FETCH",
			"filter" : {
				"brand" : {
					"$eq" : "GE"
				}
			},
			"nReturned" : 1,
			"executionTimeMillisEstimate" : 0,
			"works" : 2,
			"advanced" : 1,
			"needTime" : 0,
			"needYield" : 0,
			"saveState" : 0,
			"restoreState" : 0,
			"isEOF" : 1,
			"invalidates" : 0,
			"docsExamined" : 1,
			"alreadyHasObj" : 0,
			"inputStage" : {
				"stage" : "IXSCAN",
				"nReturned" : 1,
				"executionTimeMillisEstimate" : 0,
				"works" : 2,
				"advanced" : 1,
				"needTime" : 0,
				"needYield" : 0,
				"saveState" : 0,
				"restoreState" : 0,
				"isEOF" : 1,
				"invalidates" : 0,
				"keyPattern" : {
					"price" : -1
				},
				"indexName" : "price_-1",
				"isMultiKey" : false,
				"isUnique" : false,
				"isSparse" : false,
				"isPartial" : false,
				"indexVersion" : 1,
				"direction" : "backward",
				"indexBounds" : {
					"price" : [
						"[MinKey, MaxKey]"
					]
				},
				"keysExamined" : 1,
				"dupsTested" : 0,
				"dupsDropped" : 0,
				"seenInvalidated" : 0
			}
		},
		"allPlansExecution" : [ ]
	}

query3："executionStats" : {
		"executionSuccess" : true,
		"nReturned" : 1,
		"executionTimeMillis" : 8,
		"totalKeysExamined" : 1,
		"totalDocsExamined" : 1,
		"executionStages" : {
			"stage" : "SORT",
			"nReturned" : 1,
			"executionTimeMillisEstimate" : 0,
			"works" : 5,
			"advanced" : 1,
			"needTime" : 3,
			"needYield" : 0,
			"saveState" : 0,
			"restoreState" : 0,
			"isEOF" : 1,
			"invalidates" : 0,
			"sortPattern" : {
				"brand" : 1
			},
			"memUsage" : 78,
			"memLimit" : 33554432,
			"inputStage" : {
				"stage" : "KEEP_MUTATIONS",
				"nReturned" : 1,
				"executionTimeMillisEstimate" : 0,
				"works" : 3,
				"advanced" : 1,
				"needTime" : 1,
				"needYield" : 0,
				"saveState" : 0,
				"restoreState" : 0,
				"isEOF" : 1,
				"invalidates" : 0,
				"inputStage" : {
					"stage" : "SORT_KEY_GENERATOR",
					"nReturned" : 0,
					"executionTimeMillisEstimate" : 0,
					"works" : 3,
					"advanced" : 0,
					"needTime" : 1,
					"needYield" : 0,
					"saveState" : 0,
					"restoreState" : 0,
					"isEOF" : 1,
					"invalidates" : 0,
					"inputStage" : {
						"stage" : "FETCH",
						"nReturned" : 1,
						"executionTimeMillisEstimate" : 0,
						"works" : 2,
						"advanced" : 1,
						"needTime" : 0,
						"needYield" : 0,
						"saveState" : 0,
						"restoreState" : 0,
						"isEOF" : 1,
						"invalidates" : 0,
						"docsExamined" : 1,
						"alreadyHasObj" : 0,
						"inputStage" : {
							"stage" : "IXSCAN",
							"nReturned" : 1,
							"executionTimeMillisEstimate" : 0,
							"works" : 2,
							"advanced" : 1,
							"needTime" : 0,
							"needYield" : 0,
							"saveState" : 0,
							"restoreState" : 0,
							"isEOF" : 1,
							"invalidates" : 0,
							"keyPattern" : {
								"price" : -1
							},
							"indexName" : "price_-1",
							"isMultiKey" : false,
							"isUnique" : false,
							"isSparse" : false,
							"isPartial" : false,
							"indexVersion" : 1,
							"direction" : "forward",
							"indexBounds" : {
								"price" : [
									"(50.0, 30.0)"
								]
							},
							"keysExamined" : 1,
							"dupsTested" : 0,
							"dupsDropped" : 0,
							"seenInvalidated" : 0
						}
					}
				}
			}
		},
		"allPlansExecution" : [ ]
	}

query4："executionStats" : {
		"executionSuccess" : true,
		"nReturned" : 1,
		"executionTimeMillis" : 0,
		"totalKeysExamined" : 0,
		"totalDocsExamined" : 1,
		"executionStages" : {
			"stage" : "SORT",
			"nReturned" : 1,
			"executionTimeMillisEstimate" : 0,
			"works" : 6,
			"advanced" : 1,
			"needTime" : 4,
			"needYield" : 0,
			"saveState" : 0,
			"restoreState" : 0,
			"isEOF" : 1,
			"invalidates" : 0,
			"sortPattern" : {
				"category" : 1,
				"brand" : -1
			},
			"memUsage" : 78,
			"memLimit" : 33554432,
			"inputStage" : {
				"stage" : "SORT_KEY_GENERATOR",
				"nReturned" : 0,
				"executionTimeMillisEstimate" : 0,
				"works" : 4,
				"advanced" : 0,
				"needTime" : 2,
				"needYield" : 0,
				"saveState" : 0,
				"restoreState" : 0,
				"isEOF" : 1,
				"invalidates" : 0,
				"inputStage" : {
					"stage" : "COLLSCAN",
					"filter" : {
						"brand" : {
							"$eq" : "GE"
						}
					},
					"nReturned" : 1,
					"executionTimeMillisEstimate" : 0,
					"works" : 3,
					"advanced" : 1,
					"needTime" : 1,
					"needYield" : 0,
					"saveState" : 0,
					"restoreState" : 0,
					"isEOF" : 1,
					"invalidates" : 0,
					"direction" : "forward",
					"docsExamined" : 1
				}
			}
		},
		"allPlansExecution" : [ ]
	}

分析：query1毋庸置疑，由于brand并没有索引，所以stage为COLLSCAN 全collection扫描

query2 因为查询语句执行优先级为，等值条件>排序条件>范围条件索引stage为FETCH，进行了取值的查询，问题1，TETCH和COLLSCAN有什么区别，因为当collect中2条数据时executionStats.nReturned = 1， executionStats.totalKeysExamined = 2， executionStats.totalDocsExamined = 2，可以看到仍然是检索了全表的doc和索引；

query3 对于该查询语句则是一脸懵逼，因为stage为SORT，并非四种常见的stage。官方文档给出了解释，由于本人英语比较渣，所以个人的理解是：当客户端请求将结果排序返回时，如果mongodb不能使用索引字段进行排序，那么stage将是SORT，如果能则不包含stage为SORT；
这个当然不是重点，重点是stage还有KEEP_MUTATIONS SORT_KEY_GENERATOR 这个不仅官方没有找到资料，Google也无能为了，只能希冀中文社区大神的帮助解释一下了， 问题2为何query3的executionStages有4层inputStage嵌套，而且最底层才使用price索引；

query4 同理query3的查询中出现的stage为SORT，因为mongodb并不能根据已有索引进行排序，所以也出现了stage为SORT，当然对于SORT_KEY_GENERATOR 还是一脸懵逼；问题3 为何query4不能使用category_1_brand_1这个索引，或者换个角度，
category_1_brand_1 和category_1_brand_-1有区别吗？如果有，那么category_1_brand_1 和 brand_1_category_1有区别吗？当然对于该问题，本质上是不太了解mongodb的索引结构（虽然知道是B-Tree，但是仍旧不清楚：(）

希望大神不吝赐教

2 答案

score 0 · Answer 1 · 2016-04-19T13:44:32+00:00

非常感谢，对于执行计划，实际执行顺序是从里到外理解，而mongodb的分析顺序不太理解，如果能够详细介绍下，将非常感谢；
对于问题1和2的分析我已经理解，但对于SORT_KEY_GENERATOR 这种关键字，不太理解，有详细的文档介绍吗？

不好意思，这个并没有文档记录在案，我大约看了一下源代码，应该是在从BSON文档中提取想要排序的那个字段。

score 0 · Answer 2 · 2016-04-18T08:40:25+00:00

先说明一下基本问题，看explain结果通常只看winningPlan，这才是最终选择的执行计划
看计划从里往外看才是实际的执行顺序。从外往里是MongoDB的分析顺序。
问题1：
首选这个查询是使用了索引的，所以可以看到IXSCAN。因为使用索引来排序，但显然你的price索引并不能帮助过滤出{brand: “GE”}，所以返回了2个文档。其次注意索引只提供一个入口，而不是整个文档。要拿到文档的内容还需要FETCH操作。所以mongodb在FETCH的时候做了一次filter，找出满足{brand: “GE”}的文档，最后返回回来。
问题2：
这里索引{price: -1}可以帮助过滤文档，所以可以直接得到满足条件的一系列文档的入口。但是这个索引显然不能帮助你排序。所以在得到文档后得有一个SORT的动作在内存中排序。但是现在你通过索引只拿到一堆入口啊，所以IXSCAN上面一级先有了FETCH抓取所有的文档；然而FETCH到一堆文档之后还需要从中取出你想要排序的KEY，也就是brand。所以有了SORT_KEY_GENERATOR。最后再根据这一级生成的KEY来排序，也就是SORT。
问题3：
（不好意思赶时间，回头再答这个问题）

何时使用索引，使用怎么样的索引

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