多键索引范围

索引边界定义了 MongoDB 在使用索引完成查询时搜索的索引值的范围。当您在索引字段上指定多个查询谓词时，MongoDB 会尝试组合这些谓词的边界以生成具有较小边界的索引扫描。较小的索引范围可以加快查询速度并减少资源使用。

MongoDB 结合了任一边界相交或者复利界限。

多键索引的边界交集

边界交集是指多个边界重叠的点。例如，给定边界[ [ 3, Infinity ] ]和[ [ -Infinity, 6 ] ]，边界的交集结果为[ [ 3, 6 ] ]。

给定一个索引数组字段，考虑一个在数组上指定多个查询谓词并使用多键索引来完成查询的查询。如果$elemMatch运算符连接查询谓词，MongoDB 可以与多键索引边界相交。

例子：边界交叉

以下示例展示了 MongoDB 如何使用边界交集来定义要查询的较小范围的值，从而提高查询性能。

填充样本集合

创建一个students包含带有字段name和数组字段的文档的集合grades：

db.students.insertMany(
   [
      { _id: 1, name: "Shawn", grades: [ 70, 85 ] },
      { _id: 2, item: "Elena", grades: [ 92, 84 ] }
   ]
)

创建多键索引

在数组上创建多键索引grades ：
```
db.students.createIndex( { grades: 1 } )
```
查询集合

运行以下查询：
```
db.students.find( { grades : { $elemMatch: { $gte: 90, $lte: 99 } } } )
```
前面的查询用于$elemMatch返回数组中grades至少包含一个与两个指定条件都匹配的元素的文档。

单独采用查询谓词：
- 大于或等于 90 谓词 ( $gte: 90) 的界限是[ [ 90, Infinity ] ]。
- 小于或等于 99 谓词 ( $lte: 99) 的界限是[ [ -Infinity, 99 ] ]。
因为查询用于$elemMatch连接这些谓词，所以 MongoDB 与边界相交：
```
ratings: [ [ 90, 99 ] ]
```

没有 $elemMatch 的查询

如果查询未使用联接数组字段上的条件 $elemMatch，MongoDB 无法与多键索引边界相交。

考虑这个查询：

db.students.find( { grades: { $gte: 90, $lte: 99 } } )

该查询grades在数组中搜索：

至少有一个元素大于或等于90
至少有一个元素小于或等于99

同一元素可以满足这两个标准。

因为前面的查询没有使用$elemMatch，所以 MongoDB 不会与边界相交。相反，MongoDB 使用以下任一边界：

[ [ 90, Infinity ] ]
[ [ -Infinity, 99 ] ]

MongoDB 不保证它选择这两个边界中的哪一个。

多键索引的复合界限

复合边界组合了复合索引的多个键的边界。使用多个键的边界可以减少处理查询所需的时间，因为 MongoDB 不需要单独计算每个边界的结果。

例如，考虑{ temperature: 1, humidity: 1 }具有以下边界的复合索引：

temperature有一个界限[ [ 80, Infinity ] ].
humidity有一个界限[ [ -Infinity, 20 ] ].

复合边界会导致使用两个边界：

{ temperature: [ [ 80, Infinity ] ], humidity: [ [ -Infinity, 20 ] ] }

如果 MongoDB 无法复合这两个边界，MongoDB 将通过前导字段上的边界来约束索引扫描。在此示例中，前导字段为temperature，导致约束为temperature: [ [ 80, Infinity ] ]。

示例：非数组字段和数组字段的复合边界

以下示例展示了 MongoDB 如何使用复合边界来定义更高效的查询约束，从而提高查询性能

填充样本集合

创建一个survey包含带有字段 item和数组字段的文档的集合ratings：

db.survey.insertMany(
   [
      { _id: 1, item: "ABC", ratings: [ 2, 9 ] },
      { _id: 2, item: "XYZ", ratings: [ 4, 3 ] }
   ]
)

创建复合多键索引

在和字段上创建复合多键索引：item``ratings
```
db.survey.createIndex( { item: 1, ratings: 1 } )
```
查询集合

运行以下查询：
```
db.survey.find( { item: "XYZ", ratings: { $gte: 3 } } )
```
前面的查询在索引的两个键（item和ratings）上指定了条件。

分别采用谓词：
- 谓词的界限item: "XYZ"是 [ [ "XYZ", "XYZ" ]]。
- 谓词的界限ratings: { $gte: 3 }是 [ [ 3, Infinity ] ]。
MongoDB 使用以下组合边界：
```
{ item: [ [ "XYZ", "XYZ" ] ], ratings: [ [ 3, Infinity ] ] }
```

示例：非数组字段和多个数组字段的复合边界

以下示例展示了当索引包含非数组字段和多个数组字段时 MongoDB 如何使用复合边界。

填充样本集合

创建一个survey2包含带有字符串字段item和数组字段的文档的集合ratings：

db.survey2.insertMany( [
   {
      _id: 1,
      item: "ABC",
      ratings: [ { score: 2, by: "mn" }, { score: 9, by: "anon" } ]
   },
   {
      _id: 2,
      item: "XYZ",
      ratings: [ { score: 5, by: "anon" }, { score: 7, by: "wv" } ]
   }
] )

创建复合多键索引

在以下字段上创建复合索引：
- item（非数组）
- ratings.score（大批）
- ratings.by（大批）
```
db.survey2.createIndex(
   {
      "item": 1,
      "ratings.score": 1,
      "ratings.by": 1
   }
)
```
查询集合

运行以下查询：
```
db.survey2.find(
   {
      item: "XYZ",
      "ratings.score": { $lte: 5 },
      "ratings.by": "anon"
   }
)
```
分别采用谓词：
- 谓词的界限item: "XYZ"是 [ [ "XYZ", "XYZ" ] ]。
- 谓词的界限score: { $lte: 5 }是 [ [ -Infinity, 5] ]。
- 谓词的界限by: "anon"是 [ "anon", "anon" ]。
MongoDB 将键的边界item与 for 的边界"ratings.score"或的边界混合"ratings.by"，具体取决于查询谓词和索引键值。MongoDB 不保证它与字段复合的边界item。

MongoDB 通过以下方式之一完成查询：
- MongoDB 将item边界与"ratings.score" 边界复合：
```
{
   "item" : [ [ "XYZ", "XYZ" ] ],
   "ratings.score" : [ [ -Infinity, 5 ] ],
   "ratings.by" : [ [ MinKey, MaxKey ] ]
}
```
- MongoDB 将item边界与"ratings.by" 边界复合：
```
{
   "item" : [ [ "XYZ", "XYZ" ] ],
   "ratings.score" : [ [ MinKey, MaxKey ] ],
   "ratings.by" : [ [ "anon", "anon" ] ]
}
```
要将 for 的边界"ratings.score"与 for 的边界复合"ratings.by"，查询必须使用$elemMatch。

同一数组中多个字段的复合边界

要复合同一数组中索引键的边界，以下两个条件都必须为真：

索引键必须共享相同的字段路径（但不包括字段名称）。
查询必须 $elemMatch在该路径上使用的字段上指定谓词。

对于嵌入文档中的字段，点分字段名称（例如"a.b.c.d"）是的字段路径 d。要复合同一数组中索引键的边界，必须 $elemMatch位于直至但不包括字段名称本身的路径上（即"a.b.c"）。

例子

以下示例显示 MongoDB 如何组合同一数组中索引键的边界。此示例使用了survey2中使用的集合前面的例子。

创建复合多键索引

ratings.score在和字段上创建复合索引ratings.by：
```
db.survey2.createIndex( { "ratings.score": 1, "ratings.by": 1 } )
```
字段"ratings.score"和"ratings.by"共享字段路径ratings。
查询集合

运行以下查询：
```
db.survey2.find( { ratings: { $elemMatch: { score: { $lte: 5 }, by: "anon" } } } )
```
前面的查询$elemMatch在ratings字段上使用，要求数组至少包含一个与这两个条件都匹配的单个元素。

分别采用谓词：
- 谓词的界限score: { $lte: 5 }是 [ [ -Infinity, 5 ] ]。
- 谓词的界限by: "anon"是 [ [ "anon", "anon" ] ]。
MongoDB 将两个边界复合为以下边界：
```
{ "ratings.score" : [ [ -Infinity, 5 ] ], "ratings.by" : [ [ "anon", "anon" ] ] }
```

例子：$elemMatch在不同字段路径上的应用

如果您的查询指定了$elemMatch与公共路径不同的字段，则 MongoDB无法复合来自同一数组的索引键的边界。

以下示例演示了$elemMatch发散的字段路径。

填充样本集合

创建一个survey3包含带有字符串字段item和数组字段的文档的集合ratings：

db.survey3.insertMany( [
   {
      _id: 1,
      item: "ABC",
      ratings: [
         { scores: [ { q1: 2, q2: 4 }, { q1: 3, q2: 8 } ], loc: "A" },
         { scores: [ { q1: 2, q2: 5 } ], loc: "B" }
      ]
   },
   {
      _id: 2,
      item: "XYZ",
      ratings: [
         { scores: [ { q1: 7 }, { q1: 2, q2: 8 } ], loc: "B" }
      ]
   }
] )

创建复合多键索引

ratings.scores.q1在和字段上创建复合索引ratings.scores.q2：
```
db.survey3.createIndex( { "ratings.scores.q1": 1, "ratings.scores.q2": 1 } )
```
字段"ratings.scores.q1"和"ratings.scores.q2" 共享字段路径"ratings.scores"。为了复合索引范围，查询必须$elemMatch在公共字段路径上使用。
查询集合

以下查询使用$elemMatch 不在所需路径上的查询：
```
db.survey3.find( { ratings: { $elemMatch: { 'scores.q1': 2, 'scores.q2': 8 } } } )
```
MongoDB 无法复合索引边界，并且 "ratings.scores.q2"在索引扫描期间该字段不受约束。

要复合边界，查询必须$elemMatch在公共路径上使用"ratings.scores"：
```
db.survey3.find( { 'ratings.scores': { $elemMatch: { 'q1': 2, 'q2': 8 } } } )
```

多键索引范围