【mongoDB查詢進階】聚合管道(二) -- 階段操做符

上篇最後說到管道操做符，本篇文章將詳細說一下管道操做符。

mongoDB查詢進階--聚合管道(一)回顧

什麼是管道操做符(Aggregation Pipeline Operators)

mongoDB有4類操做符用於文檔的操做，例如find查詢裏面會用到的$gte，$in等。操做符以$開頭，分爲查詢操做符，更新操做符，管道操做符，查詢修飾符4大類。其中管道操做符是用於聚合管道中的操做符。

管道操做符的分類

管道操做符能夠分爲三類：

1. 階段操做符（Stage Operators）
2. 表達式操做符（Expression Operators）
3. 累加器（Accumulators）

此處中文勉強翻譯，以英文爲準，歡迎大神給意見，謝謝。

參考MongoDB官網:https://docs.mongodb.com/manual/reference/operator/aggregation/#accumulators

階段操做符（Stage Operators）

階段操做符是使用於db.collection.aggregate方法裏面，數組參數中的第一層。

db.collection.aggregate( [ { 階段操做符：表述 }, { 階段操做符：表述 }, ... ] )

表達式操做符（Expression Operators）

表達式操做符主要用於在管道中構建表達式時使用，使用相似於函數那樣須要參數，主要用於$project操做符中，用於構建表達式，使用方法通常以下：

方法1：

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

方法2：

{ <operator>: <argument> }

累加器（Accumulators）

累加器原本只能使用與$groud下，可是版本3.2或以上，部分累加器還能使用於$project。當在$group中使用時，累加器是針對每一個分組使用的；當在$project中使用時，累加器則是針對每一個字面量起做用，具體用法下一篇文章闡述。

因爲操做符比較多，本篇文章先說第一類階段操做符，後面兩類在下一篇再說。

經常使用階段操做符

操做符	簡述
$match	匹配操做符，用於對文檔集合進行篩選
$project	投射操做符，用於重構每個文檔的字段，能夠提取字段，重命名字段，甚至能夠對原有字段進行操做後新增字段
$sort	排序操做符，用於根據一個或多個字段對文檔進行排序
$limit	限制操做符，用於限制返回文檔的數量
$skip	跳過操做符，用於跳過指定數量的文檔
$count	統計操做符，用於統計文檔的數量
$group	分組操做符，用於對文檔集合進行分組
$unwind	拆分操做符，用於將數組中的每個值拆分爲單獨的文檔
$lookup	鏈接操做符，用於鏈接同一個數據庫中另外一個集合，並獲取指定的文檔，相似於populate

更多操做符介紹詳見官網：https://docs.mongodb.com/manual/reference/operator/aggregation/

階段操做符詳解

假設有一個保存用戶的集合Users，一個文章的集合Articles，數據大體以下：
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 匹配操做符

說明：

用於重構每個文檔的字段，能夠提取字段，重命名字段，甚至能夠對原有字段進行操做後新增字段

用法:

{ $match: { <query> } }

示例：

• 查詢用戶年齡是18歲的用戶

db.users.aggregate([{ $match : { age : "18" } }]);

$project 投射操做符

說明：

用於對文檔集合進行篩選

用法:

{ $project: { <specification(s)> } }

specification的規則

規則	描述
<字段名>: 1 or true	選擇須要返回什麼字段
_id: 0 or false	不返回_id(默認返回)
<字段名>: 表達式	使用表達式，能夠用於重命名字段，或對其值進行操做，或新增字段
<字段名>: 0 or false	選擇須要不返回什麼字段，注意：當使用這種用法時，就不要用上面的方法

示例1：

• 用戶集合投射用戶姓名
• 不返回_id

db.users.aggregate([{ $project : { name: 1 } }]);

示例2：

• 將_id重命名爲userId
• 不返回_id_

db.users.aggregate([{ $project : { ueserId: '$_id', _id: 0 } }]);

示例3：

• 返回新字段username,並使用表達式讓它的值爲name的大寫。

db.users.aggregate([ 
    { 
        $project : {
            name: 1, 
            username: { $toUpper: '$name' }, 
            _id: 0 
        } 
    } 
]);

關於管道表達式：最簡單的「$project」表達式是包含和排除字段(如: { name: 1 })，以及字段名稱$fieldname(如: { userId: '$_id' })。除此之外，還可使用表達式操做符(如: $toUpper)構成更豐富的表達式，將多個字面量和變量組合在一塊兒使用，獲得更多有意思的值，更多表達式操做符的說明及使用在另外的篇章中詳細闡述。

$sort 排序操做符

說明：

用於根據一個或多個字段對文檔進行排序

用法：

{ $sort: { <field1>: <sort order>, <field2>: <sort order> ... } }

示例：

• users集合按照年齡age從低到高排序

db.users.aggregate([{ $sort : { age: 1 } }]);

$limit 限制操做符

說明：

用於限制返回文檔的數量

用法：

{ $limit: <positive integer> }

示例：

• 返回5篇article

db.articles.aggregate({ $limit : 3 });

$skip 跳過操做符

說明：

用於跳過指定數量的文檔

用法：

{ $skip: <positive integer> }

示例：

• 跳過1個文檔

db.users.aggregate([{ $skip : 1 }]);

$count 統計操做符

說明：

用於統計文檔的數量

用法：

{ $count: <string> }

string是統計以後輸出統計結果的字段名

示例：

• 統計文章的總數，以totalArticle返回

db.articles.aggregate([{ totalArticle : 1 }]);

$group 分組操做符

說明：

用於對文檔集合進行分組

用法：

{ $group: { _id: <expression>, <field1>: { <accumulator1> : <expression1> }, ... } }

_id是必須的，用做分組的依據條件

示例：

• 將用戶(users)按性別（sex）分組

db.users.aggregate([{ $group : { _id: '$sex' } }]);

返回結果：

[
  { _id: 'male' },
  { _id: 'female' }
]

進階示例：

• 將用戶(users)按性別（sex）分組
• 分組後使用計算各自性別的平均年齡
• 統計不一樣的性別的人數，並以count返回

db.users.aggregate([
    { 
        $group : {
            _id: '$sex', 
            avgAge: { $avg: '$age' }, 
            conut: { $sum: 1 } 
        } 
    }
]);

返回結果：

[
  { _id: 'male', avgAge: <男性平均年齡>, count: <男性人數> },
  { _id: 'female', avgAge: <女性平均年齡>, count: <女性人數> }
]

此處用到的表達式 { $avg: '$age' } 用於求平均年齡，$avg是求均值的操做符，$sum用於彙總， 都只能在$group中使用的累加器，mongoDB3.2以上版本則還能夠在$project中使用，詳細會在另外的篇章中闡述。

$unwind 拆分操做符

說明：

用於將數組中的每個值拆分爲單獨的文檔

用法：

{ $unwind: <field path> }

3.2+版本的用法：

增長icludeArrayIndex,preserveNullAndEmptyArrays兩個可選配置

{
  $unwind:
    {
      path: <field path>,
      includeArrayIndex: <string>,
      preserveNullAndEmptyArrays: <boolean>
    }
}

字段	類型	描述
path	string	必填，數組的字段名，指定須要拆分的字段
includeArrayIndex	string	可選，定義返回的字段名，返回的值是拆分前值在原數組的位置
preserveNullAndEmptyArrays	boolean	可選，配置在path的值爲空或缺失的狀況下是否拆分， 默認false

示例：

假設articles文檔集合是這樣：

{ title: 'this is article A', author: 'John', _id: 1, comments: ['a', 'b', 'c']}

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

結果：

[
    { 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'},
]

進階示例（v3.2+）：

假設articles文檔集合是這樣：

[
    { 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 },
]

操做：

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

結果：

[
    { 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) },
]

操做：

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

結果：

[
    { 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 鏈接操做符

說明：

用於鏈接同一個數據庫中另外一個集合，並獲取指定的文檔，相似於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	須要關聯的集合名
localField	本集合中須要查找的字段
foreignField	另一個集合中須要關聯的字段
as	輸出的字段名

示例：

• ariticles中的author關聯到user表
• authoer字段返回詳細的用戶的信息

db.articles.aggregate([
  {
    $lookup:
      {
        from: "users",
        localField: "author",
        foreignField: "name",
        as: "author"
      }
  }
])

結果：

[
    { 
        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, 
        ... 
    },
    ...
]

綜合示例

需求

找出發表文章最多的5位做者，按發表文章排序，顯示他的發表文章的總次數，和他本身的信息

• 文章按照做者分組,統計次數
• 按照次數從高到低排序
• 截取頭5名
• 關聯用戶信息
• 不輸出文章_id

操做

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,
      }
  }
])

總結

本文介紹了幾個使用聚合管道查詢時經常使用的管道操做符的用法，熟練地綜合使用以上操做符能夠對數據進行多樣的處理，組合，統計，得出多樣化的數據。另外再加以配合表達式操做符(Expression Operators)組成的表達式, 或者在$project或$group中使用累加器(Accumulators)能查詢統計的內容會更加的多樣化。

感謝閱讀~