数据库中的索引是什么？

一个好的索引策略对于确保您的MongoDB数据库以最有效的方式返回结果至关重要。要构建一个稳固的策略，您需要考虑数据库模式、使用模式和数据库服务器配置等因素。

在本篇文章中，您将学习数据库索引是什么，如何在MongoDB中使用它们，以及如何利用MongoDB Atlas性能顾问来优化您的查询。

什么是索引？

数据库索引是一种特殊的数据结构，它提供了更快的访问数据的能力，并有助于创建高性能的应用程序。索引通常由两列组成：搜索键和数据指针。键存储您想要搜索的值，指针指向数据所在的数据块。假设您有一个名为'exam'的集合（表）的'score'字段（列）上的索引。当您想访问分数小于40的分数时，索引将扫描数据块而不是单个文档（行）。

数据库索引的示例

为什么索引很重要

没有索引，数据库引擎需要遍历每个记录以查看是否存在匹配项。

数据库索引是组织信息的一种方式，以便数据库引擎可以快速找到相关结果。

您可以在分组、排序和数据检索上节省大量时间。数据库允许您添加多个索引，从而进一步提高查询效率。

您如何使用数据库索引？

将数据库索引想象成书索引（通常在书末尾）。每个关键词都按字母顺序列出，并列出使用该词的页码，使用户能够快速查找该词。数据库索引的工作方式与此类似。假设您在数据库中存储了1000个关键词名称。如果它们按名称（a->z或z->a）排序，则根据排序查找最后一个关键词、中间关键词或特定关键词会更简单。

如何通过索引加速查询结果

在决定要索引哪些字段或集合时，请考虑在查询中使用更频繁的数据——例如，姓名、ID或两者组合，根据需要。类似地，索引您最可能用于排序、分组或排序数据的字段。

MongoDB中的索引

与传统数据库一样，MongoDB使用索引来优化查询。MongoDB中的任何集合都可以有一个或多个索引，这些索引可以针对一个或多个字段创建。您不能重复MongoDB索引——这很好，因为索引确实有一定的成本，这就是为什么您需要制定一个好的策略来创建索引的原因。

假设您有一个销售集合，并且您想要获取季度的文档列表。如果您没有索引，数据库引擎需要遍历数据库中的每个记录，验证日期是否在指定范围内，如果是在，则将其添加到结果中。

查询集合中的所有文档很耗时，会占用许多资源。

如果您在销售日期上创建了数据库索引，数据库引擎将快速找到第一个匹配的文档，并遍历列表直到达到所需的结束日期。这比逐个记录查找要高效得多。

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索引类型

MongoDB中有很多种索引类型可用。最常见的是单字段和复合索引类型。如果您处理数组、聚合、地理空间数据或全文搜索，则可以使用更高级的索引类型。您可以在文档中找到有关这些索引类型的更多信息。

单字段

MongoDB中的每个集合都自动在_id字段上创建一个索引。这个索引可以用来高效地从数据库中检索文档。

然而，您大部分时间需要查询其他特定字段上的数据。这时，单字段索引就派上用场了。

比如说，您想定期获取前三个销售额。

这里一个不错的索引是金额字段。

db.collection.createIndex( { amount: 1 });

前三个销售额总是索引中的前三个元素，这使得它比每次查询整个集合要快得多。

复合索引

您还可以对多个字段进行查询。比如说，您想获取特定日期的前三个销售额。那么，添加一个包括日期和金额的复合索引将是最有效率的。

db.collection.createIndex( { date: 1, amount: 1 });

这将创建一个按日期排序，然后按金额排序的索引。

我们也可以在嵌入数组上使用索引。

索引创建的ESR规则

为查询创建正确的索引并不总是显而易见的。然而，有一个通用的规则可以帮助您，称为ESR（等价、排序、范围）规则。

这个规则是一个思维框架，描述了如何构建您的复合索引。从使用精确匹配的字段开始，添加用于排序的字段，最后添加用于非精确匹配的字段（即$lt或$ne运算符）。

MongoDB Atlas索引管理

MongoDB Atlas使用与MongoDB相同的索引原则，但提供了快速创建索引的工具。

创建索引

您可以使用Mongo中的createIndex方法创建索引。

db.collection.createIndex( <key and index type specification>, <options> )

Atlas UI提供了一个图形用户界面，让您可以创建索引。您还可以使用Atlas Search添加全文搜索索引。

删除索引

您也可以像创建一样容易地使用Atlas UI或Mongosh删除索引。

db.collection.dropIndex(<index name>)

在Atlas中，您可以从浏览集合页面的索引标签中删除索引。

使用MongoDB Atlas UI删除数据库索引

索引优化

Atlas的另一个出色功能是它的性能顾问。该工具分析您的频繁查询，并建议您可以创建以提高性能的新索引。

它还可以推荐冗余或未使用的索引，这些索引在其他情况下可能无端占用磁盘空间并影响写入性能。

您还可以使用Mongo Shell中的explain方法单独分析您的查询计划。

摘要

当数据库存在性能问题时，一个简单的解决方案通常是添加适当的索引。这些索引将为您的集合创建一个排序映射，以便更容易检索文档。要找出需要创建哪些索引，您应使用ESR规则或MongoDB Atlas中的性能顾问。您甚至可以免费试用。一旦您开始向集合添加适当的索引，您应该能够看到查询性能的显著提升。