MongoDB 中的索引如何工作？

Question

MongoDB 中的索引如何工作？

Accepted Answer

**Indexes** 在 MongoDB 中通过让数据库无需扫描整个 collection 即可找到文档来加速查询 — 就像在 relational databases 中一样。没有索引，查询会执行 **collection scan**（检查每个文档）；有了索引，查询就会很快。MongoDB 支持多种索引类型。

## Creating 和 using indexes

```js
// without an index, this scans EVERY document (slow on a big collection)
db.users.find({ email: "ann@x.com" });

// create an index → fast lookups
db.users.createIndex({ email: 1 });        // 1 = ascending (B-tree index)
db.users.find({ email: "ann@x.com" });     // now uses the index

db.users.getIndexes();                      // list indexes
```

默认的 `_id` 字段总是被索引的。您可以在经常查询、排序或过滤的字段上添加索引。

## Compound indexes（多个字段）

```js
// a compound index on multiple fields — order matters!
db.users.createIndex({ country: 1, age: -1 });
// helps: { country: ? }, { country: ?, age: ? }  (leftmost prefix)
// does NOT help: { age: ? } alone
```

**Compound indexes** 涵盖多个字段上的查询，但 **字段顺序很重要**（索引支持使用其字段的最左前缀的查询 — 需要理解的关键规则）。

## Index types

```text
Single field    → { field: 1 }
Compound        → { a: 1, b: -1 } (multiple fields)
Multi-key       → automatically created when indexing an ARRAY field (indexes each element)
Text            → text search on string content
Geospatial      → 2dsphere for location queries
Hashed          → for hashed sharding
TTL             → { createdAt: 1 } with expireAfterSeconds → auto-delete old docs
Unique          → { email: 1 }, { unique: true } → enforce uniqueness
Partial/Sparse  → index only some documents
```

## The trade-off（与 SQL 相同）

```text
✓ Indexes speed up reads dramatically (collection scan → index lookup)
✗ But they consume storage and SLOW DOWN writes (each write updates indexes)
→ Index what you query frequently; don't over-index (hurts writes). Use explain()
  to verify queries use indexes (look for COLLSCAN = bad, IXSCAN = good).
```

## 为什么这很重要

索引是 MongoDB 性能中最重要的主题之一 — 它们是加快查询速度的主要工具，其原理与 relational databases 相似，因此理解它们是编写高性能 MongoDB 应用程序的必要知识。

没有索引，查询需要执行 **collection scans**（检查每个文档 — 当集合增长时速度慢得令人震惊），而索引可以实现快速查找 — 通常决定查询耗时毫秒还是秒。

了解如何在经常查询、排序或过滤的字段上创建索引是基础知识。**Compound indexes**（覆盖多字段查询）很重要，尤其是 **字段顺序很重要** 这一规则（索引支持使用其字段的最左前缀的查询 — 这是设计有效的 compound indexes 的关键概念）。

了解 MongoDB 相关的索引类型是有价值的：**multi-key indexes**（自动索引数组元素 — 鉴于 MongoDB 的数组密集文档很重要）、**TTL indexes**（自动过期旧文档 — 对 sessions、logs、临时数据很有用）、**unique indexes**（强制唯一性）、用于专门查询的 text 和 geospatial indexes，以及 partial/sparse indexes。

理解 **trade-off**（索引加快读取但消耗存储空间并减慢写入速度，因此索引您查询的内容但不要过度索引）并使用 **`explain()`** 验证查询使用索引（COLLSCAN = 坏的扫描，IXSCAN = 好的索引使用）是优化的关键实用技能。

由于查询性能至关重要且正确索引是最具影响力的 MongoDB 优化方式，理解索引 — 它们如何工作、compound index 排序、MongoDB 特定的类型（multi-key、TTL、unique）、读写 trade-off 以及使用 explain() 验证 — 是高性能 MongoDB 应用程序的必要的、高价值的知识，也是最重要的 MongoDB 主题之一，与 SQL databases 中索引的重要性相当。