MongoDB支持哪些高级索引策略？

Question

MongoDB支持哪些高级索引策略？

Accepted Answer

除了基本的单字段索引外，MongoDB还提供了高级索引策略——**复合索引排序（ESR规则）**、**覆盖查询**、**部分索引/稀疏索引**、**TTL索引**等等——这些策略对查询性能的影响极大。掌握它们是MongoDB大规模性能优化的关键。

## 复合索引的ESR规则

```text
For a compound index supporting a query with Equality, Sort, and Range conditions,
order the fields: EQUALITY → SORT → RANGE (the ESR rule).
```

```js
// query: status = "active" (equality), sort by date (sort), age > 21 (range)
db.users.createIndex({ status: 1, date: 1, age: 1 });   // E, S, R order
db.users.find({ status: "active", age: { $gt: 21 } }).sort({ date: 1 });
// → the index serves equality match, sorted output, and range scan efficiently
```

**ESR规则**（等值、排序、范围字段顺序）构建复合索引，能够高效地处理查询的过滤、排序和范围部分——这是一项关键的优化技术。

## 覆盖查询——完全从索引提供服务

```js
// if a query's filter AND returned fields are ALL in the index, no document fetch needed
db.users.createIndex({ email: 1, name: 1 });
db.users.find({ email: "ann@x.com" }, { name: 1, _id: 0 });  // COVERED
// → answered entirely from the index (very fast — never touches the documents)
```

**覆盖查询**（所有过滤字段和投影字段都在索引中）仅从索引中返回结果——速度极快，无需读取文档。

## 专用索引类型

```text
PARTIAL  → index only documents matching a filter (smaller, targeted)
  createIndex({ email: 1 }, { partialFilterExpression: { active: true } })
SPARSE   → index only documents that HAVE the field (skip missing)
TTL      → auto-delete documents after a time (sessions, logs, temp data)
  createIndex({ createdAt: 1 }, { expireAfterSeconds: 3600 })
UNIQUE   → enforce uniqueness (can combine with partial)
MULTIKEY → automatic for array fields (indexes each element)
WILDCARD → index unknown/arbitrary field names ({ "$**": 1 })
HASHED   → for hashed sharding / even distribution
```

## 分析和维护索引

```text
✓ explain("executionStats") → verify index use (IXSCAN), check docs examined vs returned
✓ $indexStats → find UNUSED indexes (remove them — they slow writes for no benefit)
✓ Atlas Performance Advisor → suggests indexes based on actual query patterns
✓ Balance: enough indexes for reads, not so many that writes suffer
```

## 为什么这很重要

高级索引策略对于**大规模优化MongoDB性能**来说是宝贵的高级知识，是基础索引的进阶。

虽然基本索引有帮助，但掌握高级策略才是将MongoDB性能从及格提升到优秀的关键。

**ESR规则**（将复合索引字段按等值、排序、范围的顺序排列）是构建复合索引的关键技术，能够高效地同时处理查询的过滤、排序和范围条件——这是一项频繁适用但不知道规则就不太明显的优化技术。**覆盖查询**（所有过滤和返回字段都在索引中，因此查询完全从索引中回答，无需读取文档）为读密集型查询提供了显著的速度提升——这是一项强大的技术。

了解**专用索引类型**——**部分索引**（仅索引匹配的文档，更小且更有针对性）、**稀疏索引**（仅包含该字段的文档）、**TTL索引**（自动过期数据，适合会话/日志/临时数据）、**通配符索引**（用于未知字段名）、**多键索引**（数组自动使用）和**唯一索引**——能够让你为每种场景选择正确的索引，同时优化存储和写入成本并为查询服务。

**分析和维护**的规律性（使用 `explain()` 验证索引的使用和效率，使用 `$indexStats` 查找并移除无用索引，这些索引会不必要地减慢写入速度，以及使用Atlas Performance Advisor等工具）对于保持索引长期有效至关重要。

由于索引是MongoDB中影响最大的性能杠杆，而高级策略（ESR复合排序、覆盖查询、专用索引类型和维护）正是大规模优化它的方法，因此理解高级索引策略对于高性能MongoDB是宝贵的高级知识，这是一个展现深度优化专业知识的主题，在高级职位中备受期待，同时ESR规则和覆盖查询等技术提供了显著的实际性能收益。