掌握MongoDB多表關聯查詢的技巧

引言

MongoDB是一個非關係型資料庫，大受歡迎的原因之一是很方便在多個集合（就是”表”的概念）中進行聯合查詢。

如果你是初學者，那麼你可能會問什麼時候需要聯合查詢。舉個例子，如果你有一個學生集合和一個成績集合，你可能會想要查詢一個學生所有課程的成績。

本文將介紹如何使用MongoDB進行多表聯合查詢，包括內嵌文檔和$lookup操作符兩種方法。

內嵌文檔

內嵌文檔是MongoDB中最基本且最常見的多表聯合查詢方法。

小標題1：內嵌文檔基礎

首先，需要知道如何在一個文檔中嵌入其他文檔。這個操作可以使用Mongo Shell或任何MongoDB操作客戶端。這裡使用Mongo Shell作為演示。

> db.students.insert({
    "name": "小明",
    "age": 20,
    "score": {
        "math": 80,
        "chinese": 90,
        "english": 85
    }
})

上面這個例子將一個名為”小明”的學生文檔插入了學生集合中。此文檔有一個嵌套的分數文檔。

接下來，我們將展示如何查詢學生的成績記錄：

> db.students.find({"name": "小明"})
{ "_id" : ObjectId("60efa25968ca5ef8843f0c0c"), "name" : "小明", "age" : 20, "score" : { "math" : 80, "chinese" : 90, "english" : 85 } }

很簡單，只需要將查詢條件指定為”name”為”小明”即可。

小標題2：多個文檔的聯合查詢

接下來，我們將學生文檔和成績文檔嵌入一個班級文檔，以此演示如何使用內嵌文檔查詢多個文檔：

> db.classes.insert({
    "name": "一年級",
    "students": [
        {
            "name": "小明",
            "age": 20,
            "score": {
                "math": 80,
                "chinese": 90,
                "english": 85
            }
        },
        {
            "name": "小紅",
            "age": 19,
            "score": {
                "math": 78,
                "chinese": 88,
                "english": 86
            }
        }
    ]
})

上面這個例子將一個名為”一年級”的班級文檔插入了班級集合中。此文檔有一個嵌套的學生文檔數組，數組裡包含兩個學生文檔，每個學生文檔有一個嵌套的成績文檔。

接下來，我們將展示如何查詢這個班級里所有學生的姓名和成績記錄：

> db.classes.find({}, {"students.name": 1, "students.score": 1})
{ "_id" : ObjectId("60efa5c068ca5ef8843f0c0d"), "students" : [ { "name" : "小明", "score" : { "math" : 80, "chinese" : 90, "english" : 85 } }, { "name" : "小紅", "score" : { "math" : 78, "chinese" : 88, "english" : 86 } } ] }

只需將查詢條件指定為一個空文檔，然後指定需要返回的欄位即可。在這個例子中，我們指定了”name”和”score”兩個欄位。

$lookup操作符

$lookup操作符是MongoDB中用於執行多表聯合查詢的最強大且最靈活的方法。

小標題1：單個查詢

首先，我們需要知道如何使用$lookup操作符查詢單個文檔中包含的多個子文檔。這個操作將會使用到餐廳和菜品兩個文檔。

> db.restaurants.insert({
    "name": "餐廳1",
    "dishes": [
        {
            "name": "紅燒肉",
            "price": 28
        },
        {
            "name": "魚香肉絲",
            "price": 18
        }
    ]
})

上面這個例子將一個名為”餐廳1″的餐廳文檔插入了餐廳集合中。此文檔有一個嵌套的菜品文檔數組，數組裡包含兩個菜品文檔。

接下來，我們將展示如何查詢一個餐廳，並將其菜品信息一併返回：

> db.restaurants.aggregate([
    {
        $match: {"name": "餐廳1"}
    },
    {
        $lookup: {
            from: "dishes",
            localField: "dishes.name",
            foreignField: "name",
            as: "dishes"
        }
    },
    {
        $project: {"dishes.name": 1, "dishes.price": 1}
    }
])

這是一個比較複雜的查詢，需要使用聚合管道（aggregate pipeline）來實現。首先使用$match操作符找到名稱為”餐廳1″的餐廳文檔，並將其作為管道的第一個操作。

然後，使用$lookup操作符查找”dishes”集合，並將其結果嵌入”restaurants”文檔中。$lookup操作符需要指定四個參數：

• from：需要聯結的文檔集合名
• localField：連接到當前文檔的本地鍵欄位
• foreignField：連接到目標文檔的外鍵欄位
• as：聯結到當前文檔的新鍵名

最後使用$project操作符將$dishes數組中的”name”和”price”欄位投影出來。

小標題2：多個查詢

現在，我們將舉一個更複雜的例子，使用$lookup操作符查詢多個文檔的聯合結果。這個例子將使用到學生、成績和課程三個文檔。

首先，我們需要在Mongo Shell中插入所有的測試文檔：

> db.students.insertMany([
    {"name": "小明", "age": 20},
    {"name": "小紅", "age": 19}
])
> db.courses.insertMany([
    {"name": "math", "credit": 3},
    {"name": "chinese", "credit": 3},
    {"name": "english", "credit": 2}
])
> db.scores.insertMany([
    {"student": "小明", "course": "math", "score": 80},
    {"student": "小明", "course": "chinese", "score": 90},
    {"student": "小明", "course": "english", "score": 85},
    {"student": "小紅", "course": "math", "score": 78},
    {"student": "小紅", "course": "chinese", "score": 88},
    {"student": "小紅", "course": "english", "score": 86}
])

接下來，我們將展示如何使用$lookup操作符查詢所有學生的所有成績和對應的課程信息：

> db.students.aggregate([
    {
        $lookup: {
            from: "scores",
            localField: "name",
            foreignField: "student",
            as: "scores"
        }
    },
    {
        $unwind: "$scores"
    },
    {
        $lookup: {
            from: "courses",
            localField: "scores.course",
            foreignField: "name",
            as: "course_info"
        }
    },
    {
        $unwind: "$course_info"
    },
    {
        $project: {"name": 1, "course": "$course_info.name", "credit": "$course_info.credit", "score": "$scores.score"}
    }
])

這是一個相對複雜的查詢，以便演示如何在多個MongoDB文檔中執行聯合查詢。

首先，使用$lookup操作符將”students”文檔和”scores”文檔聯結起來。將”students.name”欄位和”scores.student”欄位匹配。聯結結果將插入到”students.scores”數組中。

然後，使用$unwind操作符展開”students.scores”數組，以便進行下一步聯結。這裡使用了兩次$unwind，因為後續還會有一個聯結操作。

接下來，使用$lookup操作符將課程信息加入聯結結果中。將”students.scores.course”欄位和”courses.name”欄位匹配。聯結結果將插入到”students.scores.course_info”數組中。

最後，使用$project操作符來投影出我們想要的結果。在這個例子中，我們將”name”、”course”、”credit”和”score”欄位都投影出來。

結論

本文介紹了MongoDB中的兩種多表聯合查詢方法：內嵌文檔和$lookup操作符。內嵌文檔可以很容易地在一個文檔中嵌入其他文檔，但是只適用於簡單的聯合查詢場景。$lookup操作符則可以在多個MongoDB文檔之間執行更為靈活和複雜的聯合查詢。這些方法都可以用於多個領域，例如學生成績、餐廳菜品和體育比賽信息等。