如何使用 MongoDB 的聚合管道？

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Xxy_1008 发表于 2024/10/30 09:58:31 2024/10/30
【摘要】 聚合管道的概念聚合管道是 MongoDB 中用于处理数据和生成统计结果的强大工具。它允许将多个数据处理阶段（stage）组合在一起，每个阶段对输入数据进行特定的操作，然后将结果传递给下一个阶段。可以把它想象成一个数据处理的流水线，数据在这个流水线上依次经过不同的 “加工站”，最终输出经过复杂处理后的结果。例如，从原始的订单数据中，先筛选出特定时间段的订单，然后对这些订单进行分组，计算每个分组...
  1. 聚合管道的概念
    • 聚合管道是 MongoDB 中用于处理数据和生成统计结果的强大工具。它允许将多个数据处理阶段（stage）组合在一起，每个阶段对输入数据进行特定的操作，然后将结果传递给下一个阶段。可以把它想象成一个数据处理的流水线，数据在这个流水线上依次经过不同的 “加工站”，最终输出经过复杂处理后的结果。例如，从原始的订单数据中，先筛选出特定时间段的订单，然后对这些订单进行分组，计算每个分组的总金额，最后按照总金额进行排序。
  2. 聚合管道的基本操作阶段
    • $match 阶段（筛选）：
      • 这是聚合管道的起始阶段，用于筛选符合特定条件的文档。它类似于查询操作中的find方法，但在聚合管道中有更广泛的用途。例如，要从一个名为 “orders” 的集合中筛选出状态为 “已完成” 的订单，可以使用以下聚合管道：
       db.orders.aggregate([
         {
           $match: {
             status: "已完成"
           }
         }
       ]);


  • 这里$match操作符接受一个查询条件对象，只有满足这个条件的文档才会被传递到下一个聚合阶段。
  • $group 阶段（分组）：
    • 用于将文档按照指定的字段进行分组，并可以在分组的基础上进行计算。例如，对 “orders” 集合中的订单按照 “customer_id” 进行分组，并计算每个客户的订单总金额。假设订单文档中有 “customer_id” 和 “amount” 字段，聚合管道如下：
       db.orders.aggregate([
         {
           $match: {
             status: "已完成"
           }
         },
         {
           $group: {
             _id: "$customer_id",
             total_amount: {
               $sum: "$amount"
             }
           }
         }
       ]);


  • 这里$group操作符中的_id字段指定了分组的依据（这里是 “customer_id”），total_amount是一个新的计算字段，通过$sum操作符对每个分组内的 “amount” 字段进行求和。
  • $sort 阶段（排序）：
    • 用于对聚合管道的结果进行排序。例如，按照上一步计算出的 “total_amount” 字段对结果进行降序排序：


       db.orders.aggregate([
         {
           $match: {
             status: "已完成"
           }
         },
         {
           $group: {
             _id: "$customer_id",
             total_amount: {
               $sum: "$amount"
             }
           }
         },
         {
           $sort: {
             total_amount: -1
           }
         }
       ]);


  • 这里$sort操作符接受一个排序条件对象，键是要排序的字段，值可以是1（升序）或-1（降序）。


  1. 其他常用阶段
    • $project 阶段（投影）：
      • 用于选择要在最终结果中包含或排除的字段。例如，在前面的聚合管道基础上，只保留 “customer_id” 和 “total_amount” 字段，并且将 “customer_id” 字段重命名为 “id”：


       db.orders.aggregate([
         {
           $match: {
             status: "已完成"
           }
         },
         {
           $group: {
             _id: "$customer_id",
             total_amount: {
               $sum: "$amount"
             }
           }
         },
         {
           $sort: {
             total_amount: -1
           }
         },
         {
           $project: {
             id: "$_id",
             total_amount: 1,
             _id: 0
           }
         }
       ]);


  • 这里$project操作符中的1表示包含该字段，0表示排除该字段。通过将_id设置为0，排除了默认的分组标识字段，同时将 “customer_id”（$_id）重命名为 “id”。
  • $limit 阶段（限制数量）：
    • 用于限制聚合管道最终输出的结果数量。例如，只获取前 10 个客户的订单总金额信息：
       db.orders.aggregate([
         {
           $match: {
             status: "已完成"
           }
         },
         {
           $group: {
             _id: "$customer_id",
             total_amount: {
               $sum: "$amount"
             }
           }
         },
         {
           $sort: {
             total_amount: -1
           }
         },
         {
           $project: {
             id: "$_id",
             total_amount: 1,
             _id: 0
           }
         },
         {
           $limit: 10
         }
       ]);


  1. 复杂聚合操作示例
    • 假设我们有一个 “students” 集合，其中包含学生的成绩信息，文档结构包括 “student_id”、“course”、“grade” 等字段。我们想要计算每个学生的平均成绩，并找出平均成绩最高的 10 名学生。聚合管道如下：


     db.students.aggregate([
       {
         $group: {
           _id: "$student_id",
           average_grade: {
             $avg: "$grade"
           }
         }
       },
       {
         $sort: {
           average_grade: -1
         }
       },
       {
         $limit: 10
       },
       {
         $project: {
           student_id: "$_id",
           average_grade: 1,
           _id: 0
         }
       }
     ]);


  • 这个聚合管道首先通过$group阶段按照 “student_id” 对学生进行分组，并使用$avg操作符计算每个学生的平均成绩。然后通过$sort阶段按照平均成绩进行降序排序，接着通过$limit阶段获取前 10 名学生的信息，最后通过$project阶段调整输出结果的字段。
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MongoDB 面向对象编程
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