• 【mongoDB查询进阶】聚合管道(二) -- 阶段操作符


    https://segmentfault.com/a/1190000010826809

    什么是管道操作符(Aggregation Pipeline Operators)

    mongoDB有4类操作符用于文档的操作,例如find查询里面会用到的$gte,$in等。操作符以$开头,分为查询操作符,更新操作符,管道操作符,查询修饰符4大类。其中管道操作符是用于聚合管道中的操作符。

    管道操作符的分类

    管道操作符可以分为三类:

    1. 阶段操作符(Stage Operators)
    2. 表达式操作符(Expression Operators)
    3. 累加器(Accumulators)
    阶段操作符(Stage Operators)

    阶段操作符是使用于db.collection.aggregate方法里面,数组参数中的第一层。

    db.collection.aggregate( [ { 阶段操作符:表述 }, { 阶段操作符:表述 }, ... ] )
    表达式操作符(Expression Operators)

    表达式操作符主要用于在管道中构建表达式时使用,使用类似于函数那样需要参数,主要用于$project操作符中,用于构建表达式,使用方法一般如下:

    方法1:

    { <operator>: [ <argument1>, <argument2> ... ] }

    方法2:

    { <operator>: <argument> }
    累加器(Accumulators)

    累加器本来只能使用与$groud下,但是版本3.2或以上,部分累加器还能使用于$project。当在$group中使用时,累加器是针对每个分组使用的;当在$project中使用时,累加器则是针对每个字面量起作用,具体用法下一篇文章阐述。

    常用阶段操作符

    操作符简述
    $match 匹配操作符,用于对文档集合进行筛选
    $project 投射操作符,用于重构每一个文档的字段,可以提取字段,重命名字段,甚至可以对原有字段进行操作后新增字段
    $sort 排序操作符,用于根据一个或多个字段对文档进行排序
    $limit 限制操作符,用于限制返回文档的数量
    $skip 跳过操作符,用于跳过指定数量的文档
    $count 统计操作符,用于统计文档的数量
    $group 分组操作符,用于对文档集合进行分组
    $unwind 拆分操作符,用于将数组中的每一个值拆分为单独的文档
    $lookup 连接操作符,用于连接同一个数据库中另一个集合,并获取指定的文档,类似于populate

    阶段操作符详解

    假设有一个保存用户的集合Users,一个文章的集合Articles,数据大致如下:
    users:

    [
        { name: 'John', age: 16, sex: male, city: guangzhou, _id: 1, ...},
        { name: 'Rose', age: 18, sex: female, city: beijing, _id: 2, ...},
        { name: 'Jack', age: 29, sex: male, city: guangzhou, _id: 3, ...},
        { name: 'Allen', age: 18, sex: female, city: beijing, _id: 4, ...},
        { name: 'Cruz', age: 22, sex: male, city: guangzhou, _id: 5, ...},
        { name: 'Peter', age: 18, sex: male, city: guangzhou, _id: 6, ...},
        { name: 'Kelly', age: 23, sex: female, city: shanghai, _id: 7, ...},
        ...
    ]

    articles:

    [
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, ... },
        { title: 'this is article B', author: 'Jack', _id: 2, ... },
        { title: 'this is article C', author: 'Rose', _id: 3, ... },
        { title: 'this is article D', author: 'John', _id: 4, ... },
        { title: 'this is article E', author: 'John', _id: 5, ... },
        ...
    ]

    $match 匹配操作符

    说明:
    用于重构每一个文档的字段,可以提取字段,重命名字段,甚至可以对原有字段进行操作后新增字段
    用法:
    { $match: { <query> } }
    示例:
    • 查询用户年龄是18岁的用户
    db.users.aggregate([{ $match : { age : "18" } }]);

    $project 投射操作符

    说明:
    用于对文档集合进行筛选
    用法:
    { $project: { <specification(s)> } }

    specification的规则

    规则描述
    <字段名>: 1 or true 选择需要返回什么字段
    _id: 0 or false 不返回_id(默认返回)
    <字段名>: 表达式 使用表达式,可以用于重命名字段,或对其值进行操作,或新增字段
    <字段名>: 0 or false 选择需要不返回什么字段,注意:当使用这种用法时,就不要用上面的方法
    示例1:
    • 用户集合投射用户姓名
    • 不返回_id
    db.users.aggregate([{ $project : { name: 1 } }]);
    示例2:
    • 将_id重命名为userId
    • 不返回_id_
    db.users.aggregate([{ $project : { ueserId: '$_id', _id: 0 } }]);
    示例3:
    • 返回新字段username,并使用表达式让它的值为name的大写。
    db.users.aggregate([ 
        { 
            $project : {
                name: 1, 
                username: { $toUpper: '$name' }, 
                _id: 0 
            } 
        } 
    ]);

    关于管道表达式:最简单的“$project”表达式是包含和排除字段(如: { name: 1 }),以及字段名称$fieldname(如: { userId: '$_id' })。除此以外,还可以使用表达式操作符(如: $toUpper)构成更丰富的表达式,将多个字面量和变量组合在一起使用,得到更多有意思的值,更多表达式操作符的说明及使用在另外的篇章中详细阐述。

    $sort 排序操作符

    说明:
    用于根据一个或多个字段对文档进行排序
    用法:
    { $sort: { <field1>: <sort order>, <field2>: <sort order> ... } }
    示例:
    • users集合按照年龄age从低到高排序
    db.users.aggregate([{ $sort : { age: 1 } }]);

    $limit 限制操作符

    说明:
    用于限制返回文档的数量
    用法:
    { $limit: <positive integer> }
    示例:
    • 返回5篇article
    db.articles.aggregate({ $limit : 3 });

    $skip 跳过操作符

    说明:
    用于跳过指定数量的文档
    用法:
    { $skip: <positive integer> }
    示例:
    • 跳过1个文档
    db.users.aggregate([{ $skip : 1 }]);

    $count 统计操作符

    说明:
    用于统计文档的数量
    用法:
    { $count: <string> }
    string是统计之后输出统计结果的字段名
    示例:
    • 统计文章的总数,以totalArticle返回
    db.articles.aggregate([{ totalArticle : 1 }]);

    $group 分组操作符

    说明:
    用于对文档集合进行分组
    用法:
    { $group: { _id: <expression>, <field1>: { <accumulator1> : <expression1> }, ... } }
    _id是必须的,用作分组的依据条件
    示例:
    • 将用户(users)按性别(sex)分组
    db.users.aggregate([{ $group : { _id: '$sex' } }]);

    返回结果:

    [
      { _id: 'male' },
      { _id: 'female' }
    ]
    进阶示例:
    • 将用户(users)按性别(sex)分组
    • 分组后使用计算各自性别的平均年龄
    • 统计不同的性别的人数,并以count返回
    db.users.aggregate([
        { 
            $group : {
                _id: '$sex', 
                avgAge: { $avg: '$age' }, 
                conut: { $sum: 1 } 
            } 
        }
    ]);

    返回结果:

    [
      { _id: 'male', avgAge: <男性平均年龄>, count: <男性人数> },
      { _id: 'female', avgAge: <女性平均年龄>, count: <女性人数> }
    ]
    此处用到的表达式 { $avg: '$age' } 用于求平均年龄,$avg是求均值的操作符,$sum用于汇总, 都只能在$group中使用的累加器,mongoDB3.2以上版本则还可以在$project中使用,详细会在另外的篇章中阐述。

    $unwind 拆分操作符

    说明:
    用于将数组中的每一个值拆分为单独的文档
    用法:
    { $unwind: <field path> }
    3.2+版本的用法:
    增加icludeArrayIndex,preserveNullAndEmptyArrays两个可选配置
    {
      $unwind:
        {
          path: <field path>,
          includeArrayIndex: <string>,
          preserveNullAndEmptyArrays: <boolean>
        }
    }
    字段类型描述
    path string 必填,数组的字段名,指定需要拆分的字段
    includeArrayIndex string 可选,定义返回的字段名,返回的值是拆分前值在原数组的位置
    preserveNullAndEmptyArrays boolean 可选,配置在path的值为空或缺失的情况下是否拆分, 默认false
    示例:

    假设articles文档集合是这样:

    { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: ['a', 'b', 'c']}
    db.articles.aggregate([{ $unwind: '$comments' }]);

    结果:

    [
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'a'},
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'b'},
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'c'},
    ]
    进阶示例(v3.2+):

    假设articles文档集合是这样:

    [
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: ['a', 'b', 'c'] }
        { title: 'this is article B', author: 'Jack', _id: 2 },
        { title: 'this is article C', author: 'Amy', _id: 3, comments: [] },
        { title: 'this is article D', author: 'Lam', _id: 4, comments: null },
    ]

    操作:

    db.articles.aggregate([
        { 
            $unwind: {
                path: '$comments',
                includeArrayIndex: 'arrayIndex',
            }
        }
    ]);

    结果:

    [
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'a', arrayIndex: NumberLong(0) },
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'b', arrayIndex: NumberLong(1) },
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'c', arrayIndex: NumberLong(2) },
    ]

    操作:

    db.articles.aggregate([
        { 
            $unwind: {
                path: '$comments',
                preserveNullAndEmptyArrays: true,
            }
        }
    ]);

    结果:

    [
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'a' },
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'b' },
        { title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: 'c' },
        { title: 'this is article B', author: 'Jack', _id: 2 },
        { title: 'this is article C', author: 'Amy', _id: 3 },
        { title: 'this is article C', author: 'Amy', _id: 3, comments: null }
    ]

    $lookup 连接操作符

    说明:
    用于连接同一个数据库中另一个集合,并获取指定的文档,类似于populate
    用法:
    {
       $lookup:
         {
           from: <collection to join>,
           localField: <field from the input documents>,
           foreignField: <field from the documents of the "from" collection>,
           as: <output array field>
         }
    }
    字段描述
    from 需要关联的集合名
    localField 本集合中需要查找的字段
    foreignField 另外一个集合中需要关联的字段
    as 输出的字段名
    示例:
    • ariticles中的author关联到user表
    • authoer字段返回详细的用户的信息
    db.articles.aggregate([
      {
        $lookup:
          {
            from: "users",
            localField: "author",
            foreignField: "name",
            as: "author"
          }
      }
    ])

    结果:

    [
        { 
            title: 'this is article A', 
            author: { 
                name: 'John',
                age: 16,
                sex: male,
                city: guangzhou,
                _id: 1, 
                ...
            }, 
            _id: 1, 
            ... 
        },
        { 
            title: 'this is article B', 
            author: { 
                name: 'Jack',
                age: 29,
                sex: male,
                city: guangzhou,
                _id: 3, 
                ...
            }, 
            _id: 2, 
            ... 
        },
        { 
            title: 'this is article C', 
            author: { 
                name: 'Rose',
                age: 18,
                sex: male,
                city: beijing,
                _id: 2, 
                ...
            }, 
            _id: 3, 
            ... 
        },
        { 
            title: 'this is article D', 
            author: { 
                name: 'John',
                age: 16,
                sex: male,
                city: guangzhou,
                _id: 1, 
                ...
            },
            _id: 4, 
            ... 
        },
        { 
            title: 'this is article E', 
            author: { 
                name: 'John',
                age: 16,
                sex: male,
                city: guangzhou,
                _id: 1,
                ...
            },
            _id: 5, 
            ... 
        },
        ...
    ]

    综合示例

    需求

    找出发表文章最多的5位作者,按发表文章排序,显示他的发表文章的总次数,和他自己的信息

    • 文章按照作者分组,统计次数
    • 按照次数从高到低排序
    • 截取头5名
    • 关联用户信息
    • 不输出文章_id
    操作
    db.articles.aggregate([
      {
        $group:
          {
            _id: "$author",
            count: { $sum: 1 },
          }
      }, 
      {
            $sort: { count: -1 }
      },
      {
          $skip: 5
      },
      {
          $lookup:
            {
              from: "users",
              localField: "author",
              foreignField: "name",
              as: "author"
            }
      },
      {
          $project: {
              _id: 0,
          }
      }
    ])

    总结

    本文介绍了几个使用聚合管道查询时常用的管道操作符的用法,熟练地综合使用以上操作符可以对数据进行多样的处理,组合,统计,得出多样化的数据。另外再加以配合表达式操作符(Expression Operators)组成的表达式, 或者在$project或$group中使用累加器(Accumulators)能查询统计的内容会更加的多样化。

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