MongoDB中多表關(guān)聯(lián)查詢（$lookup）的深入講解

一.  聚合框架

聚合框架是MongoDB的高級(jí)查詢語(yǔ)言，它允許我們通過(guò)轉(zhuǎn)換和合并多個(gè)文檔中的數(shù)據(jù)來(lái)生成新的單個(gè)文檔中不存在的信息。

聚合管道操作主要包含下面幾個(gè)部分：

在本篇幅中，我們聚焦$lookup的使用。

二.  $lookup的功能及語(yǔ)法

1. 主要功能 是將每個(gè)輸入待處理的文檔，經(jīng)過(guò)$lookup 階段的處理，輸出的新文檔中會(huì)包含一個(gè)新生成的數(shù)組列（戶名可根據(jù)需要命名新key的名字 ）。數(shù)組列存放的數(shù)據(jù) 是 來(lái)自 被Join 集合的適配文檔，如果沒(méi)有，集合為空（即 為[ ]）

2. 基本語(yǔ)法

{
 $lookup:
 {
 from: <collection to join>,
 localField: <field from the input documents>,
 foreignField: <field from the documents of the "from" collection>,
 as: <output array field>
 }
}

3. 語(yǔ)法的解釋說(shuō)明

（注：null = null 此為真）

其語(yǔ)法功能類似于下面的偽SQL語(yǔ)句：

SELECT *, <output array field>
FROM collection
WHERE <output array field> IN (SELECT *
  FROM <collection to join>
  WHERE <foreignField>= <collection.localField>);

三. 案例

以上的語(yǔ)法介紹有些枯燥，不易理解，我們直接分析品味案例好了。

假設(shè) 有 訂單集合， 存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù) 如下：

db.orders.insert([
 { "_id" : 1, "item" : "almonds", "price" : 12, "quantity" : 2 },
 { "_id" : 2, "item" : "pecans", "price" : 20, "quantity" : 1 },
 { "_id" : 3 }
])

其中 item 對(duì)應(yīng) 數(shù)據(jù)為 商品名稱。

另外 一個(gè) 就是就是 商品庫(kù)存集合 ，存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù) 如下：

db.inventory.insert([
 { "_id" : 1, "sku" : "almonds", description: "product 1", "instock" : 120 },
 { "_id" : 2, "sku" : "bread", description: "product 2", "instock" : 80 },
 { "_id" : 3, "sku" : "cashews", description: "product 3", "instock" : 60 },
 { "_id" : 4, "sku" : "pecans", description: "product 4", "instock" : 70 },
 { "_id" : 5, "sku": null, description: "Incomplete" },
 { "_id" : 6 }
])

此集合中的 sku 數(shù)據(jù)等同于 訂單 集合中的 商品名稱。

在這種模式設(shè)計(jì)下，如果要查詢訂單表對(duì)應(yīng)商品的庫(kù)存情況，應(yīng)如何寫(xiě)代碼呢？

很明顯這需要兩個(gè)集合Join。

場(chǎng)景簡(jiǎn)單，不做贅述，直送答案 。其語(yǔ)句 如下：

db.orders.aggregate([
 {
 $lookup:
 {
 from: "inventory",
 localField: "item",
 foreignField: "sku",
 as: "inventory_docs"
 }
 }
])

返回的執(zhí)行結(jié)果如下：

{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "almonds",
    "price" : NumberInt("12"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("1"),
            "sku" : "almonds",
            "description" : "product 1",
            "instock" : NumberInt("120")
        }
    ]
}

{
    "_id" : NumberInt("2"),
    "item" : "pecans",
    "price" : NumberInt("20"),
    "quantity" : NumberInt("1"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("4"),
            "sku" : "pecans",
            "description" : "product 4",
            "instock" : NumberInt("70")
        }
    ]
}

{
    "_id" : NumberInt("3"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("5"),
            "sku" : null,
            "description" : "Incomplete"
        },
        {
            "_id" : NumberInt("6")
        }
    ]
}

分析查詢語(yǔ)句和結(jié)果，回扣$lookup定義，可以將上面的處理過(guò)程，描述如下：

從集合order中逐個(gè)獲取文檔處理，拿到一個(gè)文檔后，會(huì)根據(jù)localField 值 遍歷 被 Join的 inventory集合（from: "inventory"），看inventory集合文檔中 foreignField值是否與之相等。如果相等，就把符合條件的inventory文檔  整體 內(nèi)嵌到聚合框架新生成的文檔中，并且新key 統(tǒng)一命名為 inventory_docs?？紤]到符合條件的文檔不唯一，這個(gè)Key對(duì)應(yīng)的Value是個(gè)數(shù)組形式。原集合中Key對(duì)應(yīng)的值為Null值或不存在時(shí)，需特別小心。

四. 說(shuō)明

在以下的說(shuō)明中，為描述方便，將 from對(duì)應(yīng)的集合定義為 被join集合；待聚合的表成為源表； 將 localField 和 foreignField 對(duì)應(yīng)的Key 定義 比較列。

1. 因客戶端工具顯示的問(wèn)題，上面示例中查詢結(jié)果重Int 類型值都自動(dòng)顯示為了 NumberInt("")。這個(gè)NumberInt標(biāo)注，請(qǐng)忽略，不影響我們的功能測(cè)試。

2. 這個(gè)示例中，一共輸出了三個(gè)文檔，在沒(méi)有再次聚合（$match）的條件下，這個(gè)輸出文檔數(shù)量是以輸入文檔的數(shù)量來(lái)決定的（由order來(lái)決定），而不是以被Join的集合（inventory）文檔數(shù)量決定。

3. 在此需要特別強(qiáng)調(diào)的是輸出的第三個(gè)文檔。在源庫(kù)中原文檔沒(méi)有要比較的列（即item值不存在，既不是Null值，也不是值為空），此時(shí) 和 被Join 集合比較，如果 被Join集合中 比較列 也恰好 為NUll 或 不存在的值，此時(shí)，判斷相等 ，即會(huì)把 被Join集合中 比較列 為NUll 或 值不存在 文檔 吸收進(jìn)來(lái)。

4. 假設(shè) 源表（order） 中比較列 為某一個(gè)值，而此值在待比較表（inventory）的所有文檔中都不存在，那么查詢結(jié)果會(huì)是什么樣子呢？

order 集合在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再被insert 進(jìn)一筆測(cè)試數(shù)據(jù)，這個(gè)訂單的商品為 Start，在庫(kù)存商品中根本沒(méi)有此數(shù)據(jù)。

db.orders.insert({"_id" : 4, "item" : "Start", "price" : 2000, "quantity" : 1 })

order集合的文檔數(shù)量由之前的3個(gè)增長(zhǎng)為4個(gè)。

再次執(zhí)行查詢

db.orders.aggregate([
 {
 $lookup:
 {
 from: "inventory",
 localField: "item",
 foreignField: "sku",
 as: "inventory_docs"
 }
 }
])

此時(shí)查看結(jié)果

{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "almonds",
    "price" : NumberInt("12"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("1"),
            "sku" : "almonds",
            "description" : "product 1",
            "instock" : NumberInt("120")
        }
    ]
}

{
    "_id" : NumberInt("2"),
    "item" : "pecans",
    "price" : NumberInt("20"),
    "quantity" : NumberInt("1"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("4"),
            "sku" : "pecans",
            "description" : "product 4",
            "instock" : NumberInt("70")
        }
    ]
}

{
    "_id" : NumberInt("3"),
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("5"),
            "sku" : null,
            "description" : "Incomplete"
        },
        {
            "_id" : NumberInt("6")
        }
    ]
}

{
    "_id" : NumberInt("4"),
    "item" : "Start",
    "price" : NumberInt("2000"),
    "quantity" : NumberInt("1"),
    "inventory_docs" : [ ]
}

查詢出的結(jié)果也由之前的3個(gè)變成了4個(gè)。比較特別的是第四個(gè)文檔 ，其新增列 為 "inventory_docs" : [ ] ，即值為空 。所以，此時(shí)，實(shí)現(xiàn)的功能非常像關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的 left join。

那么，可不可以只篩選出新增列為空的文檔呢？

即 我們查詢出 ，比較列的條件下，刷選出只在A集合中，而不在集合B的文檔呢？ 就像關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中量表Join的 left join on a.key =b.key where b.key is null .

答案是可以的。

其實(shí)回到聚合框架上來(lái)，再次聚合一下就可以了，來(lái)一次$match就可以了。

執(zhí)行的語(yǔ)句調(diào)整一下就OK了。

db.orders.aggregate([
 {
 $lookup:
 {
 from: "inventory",
 localField: "item",
 foreignField: "sku",
 as: "inventory_docs"
 }
 },
 { $match : {"inventory_docs" : [ ]} }
])

執(zhí)行結(jié)果 為

{
    "_id" : NumberInt("4"),
    "item" : "Start",
    "price" : NumberInt("2000"),
    "quantity" : NumberInt("1"),
    "inventory_docs" : [ ]
}

可以看出執(zhí)行結(jié)果只有一個(gè)文檔。這個(gè)文檔表明的含義是：訂單中有這個(gè)商品，但是庫(kù)存中沒(méi)有這個(gè)商品。

（$look只是聚合框架的一個(gè)stage，在其前前后后，都可以嵌入到其他的聚合管道的命令，例如$match.$group等。下面的說(shuō)明5，也可以說(shuō)明一二）

5. 以上的比較列都是單一的Key/Value,如果復(fù)雜一點(diǎn)，如果比較的列是數(shù)組，我們又該如何關(guān)聯(lián)呢？

我們接下來(lái)再來(lái)測(cè)試一把。將之前 集合order 、inventory 插入的數(shù)據(jù)清空。

插入此場(chǎng)景下的新數(shù)據(jù)，向order中插入的數(shù)據(jù)，如下：

db.orders.insert({ "_id" : 1, "item" : "MON1003", "price" : 350, "quantity" : 2, "specs" :[ "27 inch", "Retina display", "1920x1080" ], "type" : "Monitor" })

specs 對(duì)應(yīng)的value是數(shù)組格式。

向集合inventory 新插入的數(shù)據(jù) 如下：

db.inventory.insert({ "_id" : 1, "sku" : "MON1003", "type" : "Monitor", "instock" : 120,"size" : "27 inch", "resolution" : "1920x1080" })

db.inventory.insert({ "_id" : 2, "sku" : "MON1012", "type" : "Monitor", "instock" : 85,"size" : "23 inch", "resolution" : "1280x800" })

db.inventory.insert({ "_id" : 3, "sku" : "MON1031", "type" : "Monitor", "instock" : 60,"size" : "23 inch", "display_type" : "LED" })

查詢的語(yǔ)句如下：

db.orders.aggregate([
 {
 $unwind: "$specs"
 },
 {
 $lookup:
  {
  from: "inventory",
  localField: "specs",
  foreignField: "size",
  as: "inventory_docs"
 }
 },
 {
 $match: { "inventory_docs": { $ne: [] } }
 }
])

查詢顯示結(jié)果如下：

{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "MON1003",
    "price" : NumberInt("350"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "specs" : "27 inch",
    "type" : "Monitor",
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("1"),
            "sku" : "MON1003",
            "type" : "Monitor",
            "instock" : NumberInt("120"),
            "size" : "27 inch",
            "resolution" : "1920x1080"
        }
    ]
}

仔細(xì)看啊，輸出文檔中的 specs 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)變成了字符串類型（原集合為數(shù)組）。是什么發(fā)揮了如此神奇功效？？？，請(qǐng)看黑板，請(qǐng)將目光集中在

{
 $unwind: "$specs"
 }

還有個(gè)小問(wèn)題，大家猜一下，如果查詢語(yǔ)句中沒(méi)有

{
 $match: { "inventory_docs": { $ne: [] } }
 }

結(jié)果會(huì)是什么樣呢？即查看語(yǔ)句修改為：

db.orders.aggregate([
 {
 $unwind: "$specs"
 },
 {
 $lookup:
  {
  from: "inventory",
  localField: "specs",
  foreignField: "size",
  as: "inventory_docs"
 }
 }
])

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呵呵...此時(shí)的結(jié)果是：

文檔1
{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "MON1003",
    "price" : NumberInt("350"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "specs" : "27 inch",
    "type" : "Monitor",
    "inventory_docs" : [
        {
            "_id" : NumberInt("1"),
            "sku" : "MON1003",
            "type" : "Monitor",
            "instock" : NumberInt("120"),
            "size" : "27 inch",
            "resolution" : "1920x1080"
        }
    ]
}

文檔2
{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "MON1003",
    "price" : NumberInt("350"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "specs" : "Retina display",
    "type" : "Monitor",
    "inventory_docs" : [ ]
}

文檔3

{
    "_id" : NumberInt("1"),
    "item" : "MON1003",
    "price" : NumberInt("350"),
    "quantity" : NumberInt("2"),
    "specs" : "1920x1080",
    "type" : "Monitor",
    "inventory_docs" : [ ]
}

你推算出正確結(jié)果了嗎？

謝謝?。?！

希望以上的講解和演示能對(duì)大家學(xué)習(xí)$lookup有所幫助。

注：以上案例數(shù)據(jù)參考MongoDB官方網(wǎng)站，大家也可訪問(wèn)官網(wǎng)獲取更多、更全的相關(guān)知識(shí)。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)億速云的支持。