MongoDB 查询 API 入门

作为一款广受欢迎的 NoSQL 数据库，MongoDB 为数据管理提供了灵活且可扩展的方式。本文将带您从零开始掌握其直观的Query API，它允许您通过简洁的BSON（二进制 JSON）与数据交互，并针对效率与数据类型进行了优化。

在本文中，我们将讲解基础的创建、读取、更新、删除（CRUD）操作，深入精确查询中的过滤与投影，探索聚合管道在数据转换中的强大能力，并讨论通过索引来提升性能。读完后，您将具备在 MongoDB 集合中高效检索与操作数据的扎实基础。

基础概念：CRUD 操作

任何数据库交互的核心都是 CRUD：创建、读取、更新与删除。下面我们看看在 MongoDB 中如何完成这些操作。

创建数据（insert）

要向集合添加新文档，请使用insert 方法。MongoDB 中的文档是类 JSON 对象。

insertOne()

该方法用于向集合添加单个文档。

// A sample document to insert
const newProduct = {
  name: "Wireless Mouse",
  brand: "Logitech",
  price: 29.99,
  inStock: true
};

// Insert the new document into the 'products' collection
db.products.insertOne(newProduct);技术支持

insertMany()

该方法可一次性添加多个文档，比逐个插入高效得多。

// An array of documents to insert
const newProducts = [
  { name: "Mechanical Keyboard", brand: "Corsair", price: 129.99, inStock: false },
  { name: "Gaming Headset", brand: "Razer", price: 99.99, inStock: true },
  { name: "Webcam", brand: "LogiTech", price: 79.99, inStock: true }
];

// Insert the array of documents into the 'products' collection
db.products.insertMany(newProducts);技术支持

读取数据（find）

find() 方法是从集合检索文档的主要工具。调用find()时，并不会立刻返回所有文档本身，而是返回一个游标（cursor）。这是一种高效方式，可在不一次性将所有结果加载到内存的情况下处理潜在的大结果集。

最简单的find() 调用不带参数，返回指向集合中每个文档的游标。

// Find and return a cursor to all documents in the 'products' collection
db.products.find();技术支持

下面是在mongosh（MongoDB Shell）中该游标对象的示例，以及您可能与之交互的方式：

// Find all products and assign the returned cursor to a variable
const productCursor = db.products.find();

// The variable 'productCursor' now holds the cursor object, not the documents themselves.
// To get the documents, you need to iterate over the cursor.

// You can convert the cursor to an array to see all the documents
const allProducts = productCursor.toArray();
console.log(allProducts);

// Or, you can manually iterate through the documents
while (productCursor.hasNext()) {
  const product = productCursor.next();
  console.log(product);
}技术支持

游标本身是一个对象，包含诸如toArray()、hasNext() 和 next() 等方法，可用于检索并处理结果集中的文档。

更新数据（update）

要修改现有文档，请使用update 方法。这些方法接收两个主要参数：用于选择要更新文档的过滤条件（filter）与用于指定更改内容的更新操作符（update operator）。常见的操作符是$set，用于设置某个字段的值。

updateOne()

该方法更新匹配过滤条件的第一个文档。

// Update the 'Wireless Mouse' document to set its price to 39.99
db.products.updateOne(
  { name: "Wireless Mouse" }, // Filter to find the document
  { $set: { price: 39.99 } } // Update operator
);技术支持

updateMany()

该方法会更新匹配指定过滤条件的所有文档。

// Update all 'LogiTech' brand products to be in stock
db.products.updateMany(
  { brand: "LogiTech" }, // Filter to find the documents
  { $set: { inStock: true } } // Update operator
);技术支持

删除数据（delete）

要移除文档，请使用delete 方法。这些方法同样接受过滤条件来确定要删除的文档。

deleteOne()

该方法会删除匹配过滤条件的第一个文档。

// Delete the 'Webcam' document
db.products.deleteOne({ name: "Webcam" });技术支持

deleteMany()

该方法会删除所有匹配过滤条件的文档。若要删除集合中的所有文档，可以传入空过滤条件{}。

// Delete all documents that are not in stock
db.products.deleteMany({ inStock: false });技术支持

精确检索：查询过滤器

查询过滤器是 MongoDB 强大能力的核心。它们是 find() 与 update 方法中的第一个参数，使您可以精确选择要处理的文档。

比较操作符

这些操作符用于将字段值与指定值进行比较。

$eq（等于）

查找字段等于某个值的文档。

// Find all products that are made by 'Razer'
db.products.find({ brand: { $eq: "Razer" } });
// This can be simplified to:
// db.products.find({ brand: "Razer" });技术支持

$gt 与 $gte（大于、大于等于）

查找字段值大于（$gt）或大于等于（$gte）指定值的文档。

// Find all products with a price greater than 100
db.products.find({ price: { $gt: 100 } });技术支持

$lt 与 $lte（小于、小于等于）

查找字段值小于（$lt）或小于等于（$lte）指定值的文档。

// Find all products with a price less than or equal to 50
db.products.find({ price: { $lte: 50 } });技术支持

$ne（不等于）

$ne 查找字段不等于指定值的文档。

// Find all products that are NOT made by 'LogiTech'
db.products.find({ brand: { $ne: "LogiTech" } });技术支持

$in 与 $nin（在数组中、不在数组中）

查找字段值位于（$in）或不在（$nin）指定值数组中的文档。

// Find all products from 'Razer' or 'Corsair'
db.products.find({ brand: { $in: ["Razer", "Corsair"] } });技术支持

逻辑操作符

逻辑操作符可组合多个条件以构建复杂查询。

$and

$and 使用逻辑与组合查询条件，所有条件均需为真。

// Find all products with a price greater than 50 AND are in stock
db.products.find({ $and: [{ price: { $gt: 50 } }, { inStock: true }] });
// This can be simplified by just listing the conditions:
// db.products.find({ price: { $gt: 50 }, inStock: true });技术支持

$or

使用逻辑或组合查询条件，至少一个条件为真即可。

// Find all products with a brand of 'Corsair' OR a price less than 40
db.products.find({ $or: [{ brand: "Corsair" }, { price: { $lt: 40 } }] });技术支持

元素与评估操作符 

这些操作符提供了更灵活的过滤方式。

$exists

$exists 匹配包含特定字段的文档。

// Find all documents that have an 'inStock' field
db.products.find({ inStock: { $exists: true } });技术支持

$regex

允许在字符串字段中使用正则表达式进行模式匹配。

// Find all product names that start with 'Wireless'
db.products.find({ name: { $regex: /^Wireless/ } });技术支持

塑造输出：投影（Projection）

执行find() 操作时，您可以仅返回每个文档的一部分字段。这称为投影（projection），它是传给find() 的第二个参数，有助于减少传输与处理的数据量。

包含字段

将要返回的字段值设为1 即可指定要返回的字段。

// Find all products and return only the 'name' and 'price' fields
db.products.find({}, { name: 1, price: 1 });技术支持

排除字段

相反地，将字段值设为0 可指定要隐藏的字段。

// Find all products and hide the 'inStock' field
db.products.find({}, { inStock: 0 });技术支持

除非显式排除，否则_id 字段将默认返回。

_id 字段

若要隐藏_id 字段，必须显式将其设为0。

// Find all products, returning only 'name' and 'price', and hiding '_id'
db.products.find({}, { _id: 0, name: 1, price: 1 });技术支持

高级数据转换：聚合管道

聚合是 MongoDB 中功能强大的数据处理框架。聚合管道由一系列阶段组成，按顺序处理文档并将结果从一个阶段传递到下一个阶段。

$match

$match 阶段基于查询过滤器筛选文档，与 find() 类似。它通常作为第一阶段，用于减少需要处理的文档数量。

// Find all products with a brand of 'LogiTech'
db.products.aggregate([
  { $match: { brand: "LogiTech" } }
]);技术支持

$group

$group 阶段根据指定的 _id 表达式对文档进行分组，并可执行多种累加操作，如对某字段求和或求平均值。

// Group products by brand and calculate the total number of products for each brand
db.products.aggregate([
  { $group: { _id: "$brand", totalProducts: { $sum: 1 } } }
]);技术支持

$project

$project 阶段会重塑数据流中的每个文档，类似于 find() 中的投影。您可以新增字段、移除现有字段，并对数据进行处理。

// Project a new field 'nameAndPrice' for each document
db.products.aggregate([
  { $project: { name: 1, price: 1, nameAndPrice: { $concat: ["$name", " (", "$price", ")"] } } }
]);技术支持

$sort

$sort 阶段会根据指定字段对文档重新排序。值为 1 表示升序，-1 表示降序。

// Sort all products by price in descending order
db.products.aggregate([
  { $sort: { price: -1 } }
]);技术支持

$limit 与 $skip

这些阶段用于分页。$skip 会丢弃管道开头的指定数量文档，$limit 则限制传递到下一阶段的文档数量。

// Skip the first 10 products and then return the next 5
db.products.aggregate([
  { $skip: 10 },
  { $limit: 5 }
]);技术支持

简单管道示例

下面是一个完整示例，展示这些阶段如何协同工作。

// Find the average price of all products that are currently in stock,
// grouped by brand.
db.products.aggregate([
  { $match: { inStock: true } }, // Filter for products in stock
  { $group: { _id: "$brand", averagePrice: { $avg: "$price" } } } // Group and calculate average price
]);技术支持

提升性能：索引

索引是特殊的数据结构，它们存储了集合数据中一小部分、易于遍历的内容。通过让 MongoDB 无需扫描整个集合即可快速定位并检索文档，索引能显著提升查询性能。

createIndex()

应在经常用于查询或排序的字段上创建索引。

// Create a single-field index on the 'brand' field
db.products.createIndex({ brand: 1 });技术支持

数值 1 表示按升序建立索引。若为降序，可使用 -1，对按该方向排序的查询会更有利。

在类似 brand 的字段上创建索引，将使按 brand 过滤的查询（如 db.products.find({ brand: "Razer" })）在集合规模增长时依然能够快速执行。

选择索引字段的考量

通常应在查询中经常使用的字段上创建索引，例如 find() 的过滤条件或聚合的 $match 阶段中使用的字段。

• 基数（Cardinality）： 具有大量唯一值（高基数）的字段，如用户邮箱地址，非常适合建立索引。
• 查询选择性（Query selectivity）： 能为给定查询返回较小子集文档的字段也是很好的候选。
• 排序（Sorting）： 若您经常按某个字段对结果排序，在该字段上创建索引会显著加快排序操作。

对查询的影响

索引对性能影响巨大。带有索引的查询通常会比不带索引的同类查询快上数个数量级。

// Conceptual illustration of performance difference

// Without an index on 'brand':
// MongoDB performs a full collection scan, checking every document.
// This is slow, especially with millions of documents.
db.products.find({ brand: "Razer" });

// With an index on 'brand':
// MongoDB uses the index to quickly locate and return only the matching documents.
// This is very fast.
db.products.find({ brand: "Razer" });技术支持

若需进一步优化查询，可以使用 db.collection.explain() 方法分析查询性能并查看索引的使用情况。

结语：迈向 MongoDB 熟练之路

您刚刚完成了 MongoDB Query API 的速成课程！现在，您已了解如何执行核心 CRUD 操作，使用强大的过滤器检索特定数据，通过投影塑造输出，并利用聚合管道转换数据。您也对通过索引提升性能有了基本认识。

本指南为您打下了坚实基础，而掌握这些概念的最佳方式就是实践。建议您多尝试不同的查询，并查阅完整文档以探索更高级的操作符与功能。编码愉快！