2eew 发表于 2016-1-18 09:08:22

MongoDB 用实例学习聚合操作

Mongodb官方网站提供了一个美国人口统计数据,下载地址如下


http://media.mongodb.org/zips.json
数据示例:

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# head zips.json
{ "_id" : "01001", "city" : "AGAWAM", "loc" : [ -72.622739, 42.070206 ], "pop" : 15338, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01002", "city" : "CUSHMAN", "loc" : [ -72.51564999999999, 42.377017 ], "pop" : 36963, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01005", "city" : "BARRE", "loc" : [ -72.10835400000001, 42.409698 ], "pop" : 4546, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01007", "city" : "BELCHERTOWN", "loc" : [ -72.41095300000001, 42.275103 ], "pop" : 10579, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01008", "city" : "BLANDFORD", "loc" : [ -72.936114, 42.182949 ], "pop" : 1240, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01010", "city" : "BRIMFIELD", "loc" : [ -72.188455, 42.116543 ], "pop" : 3706, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01011", "city" : "CHESTER", "loc" : [ -72.988761, 42.279421 ], "pop" : 1688, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01012", "city" : "CHESTERFIELD", "loc" : [ -72.833309, 42.38167 ], "pop" : 177, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01013", "city" : "CHICOPEE", "loc" : [ -72.607962, 42.162046 ], "pop" : 23396, "state" : "MA" }
{ "_id" : "01020", "city" : "CHICOPEE", "loc" : [ -72.576142, 42.176443 ], "pop" : 31495, "state" : "MA" }




使用mongoimport将数据导入mongodb数据库

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# mongoimport -d test -c "zipcodes" --file zips.json -h 192.168.199.219:27020
2016-01-16T18:31:29.424+0800    connected to: 192.168.199.219:27020
2016-01-16T18:31:32.420+0800    [################........] test.zipcodes   2.1 MB/3.0 MB (68.5%)
2016-01-16T18:31:34.471+0800    [########################] test.zipcodes   3.0 MB/3.0 MB (100.0%)
2016-01-16T18:31:34.471+0800    imported 29353 documents




一、单一目的的聚合操作
求count,distinct等简单操作
实例1.1:求zipcodes集合的文档数

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db.zipcodes.count()




实例1.2 求MA州的文档总数

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db.zipcodes.count({state:"MA"})




实例1.3 求zipcodes中有哪些州

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db.zipcodes.distinct("state")





二、使用aggregate聚合框架,进行更复杂的聚合操作

实例2.1:统计每个州的人口总数

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: "$state", total: { $sum: "$pop" } } }
   ]
)




使用集合的aggregate方法,进行聚合查询。
$group关键字后面指定分组的字段(引用字段时,一定要用$前缀),以及聚合函数。
_id:是关键字,代表返回结果集的主键。
该查询等价的SQL为

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select state as _id,sum(pop) as total
from zipcodes
group by state




实例2.2:统计每个州每个城市的人口总数

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: {state:"$state",city:"$city"}, pop: { $sum: "$pop" } } },
   ]
)




分组的字段如果多于一个,那么每个字段都要给定一个别名,如 state:"$state"

实例2.3:统计每个州人口多于10000的城市的人口总和

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $match: {"pop":{$gt: 10000} }},
   { $group: { _id: {state:"$state"}, pop: { $sum: "$pop" } } },
   ]
)




$match 关键字后面跟上集合的过滤条件 。该语句等价于如下SQL

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select state,sum(pop) as pop
from zipcodes
where pop>10000
group by state




实例2.4:查询人口总数超过1千万的州

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: {state:"$state"}, pop: { $sum: "$pop" } } },
   { $match: {"pop":{$gt: 1000*10000} }}
   ]
)




将$match放在$group后面,相当于是先执行group操作,再对结果集进行过滤。等价的sql如下

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select state,sum(pop) as pop
from zipcodes
group by state
having sum(pop)>1000*10000




实例5:求每个州城市的平均人口

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: {state:"$state",city:"$city"}, pop: { $sum: "$pop" } } },
   { $group: {_id:"$_id.state",avgPop:{$avg: "$pop"}}}
   ]
)




我们的aggregate函数支持多次迭代,该语句的等价sql为

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select state,avg(pop) as avgPop
from
(select state,city,sum(pop) pop
   from zipcodes
group by state,city)
group by state




实例2.5 :求每个州人口最多及最少的城市名及对应的人口数量

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: {state:"$state",city:"$city"}, cityPop: { $sum: "$pop" } } },
   { $sort: { cityPop: 1 } },
   { $group: {
         _id:"$_id.state",
         biggestCity:{$last:"$_id.city"},
         biggestPop:{$last:"$cityPop"},
         smallestCity:{$first:"$_id.city"},
         smallestPop:{$first:"$cityPop"}   
   }}
   ]
)




第一个$group求出按state,city分组的人口数。
$sort操作按照人口数排序
第二个$group 按照state分组,此时每个state分组的数据已经安装cityPop排序。每个组的第一行数据($first 取得)是人口最少的city,最后一行($last 取得)是人口最多的city。

实例2.6 利用$project重新格式化结果

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: {state:"$state",city:"$city"}, cityPop: { $sum: "$pop" } } },
   { $sort: { cityPop: 1 } },
   {
         $group: {
         _id:"$_id.state",
         biggestCity:{$last:"$_id.city"},
         biggestPop:{$last:"$cityPop"},
         smallestCity:{$first:"$_id.city"},
         smallestPop:{$first:"$cityPop"}   
      }
   },
   {
         $project: {
             _id:0,
             state: "$_id",
             biggestCity: { name: "$biggestCity", pop: "$biggestPop" },
             smallestCity: { name: "$smallestCity", pop: "$smallestPop" }
         }
   }
   ]
)




实例2.7 对数组中的内容做聚合统计

我们假设有一个学生选课的集合,数据示例如下

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db.course.insert({name:"张三",age:10,grade:"四年级",course:["数学","英语","政治"]})

db.course.insert({name:"李四",age:9,grade:"三年级",course:["数学","语文","自然"]})

db.course.insert({name:"王五",age:11,grade:"四年级",course:["数学","英语","语文"]})

db.course.insert({name:"赵六",age:9,grade:"四年级",course:["数学","历史","政治"]})




求每门课程有多少人选修

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db.course.aggregate(
   [
   { $unwind: "$course" },
   { $group: { _id: "$course", sum: { $sum: 1 } } },
   { $sort: { sum: -1 } }
   ]
)




$unwind,用来将数组中的内容拆包,然后再按照拆包后的数据进行分组,另外aggregate中没有$count关键字,使用$sum:1 来计算count 。

实例2.8 求每个州有哪些city。

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db.zipcodes.aggregate(
   [
   { $group: { _id: "$state", cities: { $addToSet: "$city"} } },
   ]
)




$addToSet 将每个分组的city内容,写到一个数组中。

假设我们有如下数据结构

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db.book.insert({
_id: 1,
title: "MongoDB Documentation",
tags: [ "Mongodb", "NoSQL" ],
year: 2014,
subsections: [
    {
      subtitle: "Section 1: Install MongoDB",
      tags: [ "NoSQL", "Document" ],
      content:"Section 1: This is the content of section 1."
    },
    {
      subtitle: "Section 2: MongoDB CRUD Operations",
      tags: [ "Insert","Mongodb" ],
      content: "Section 2: This is the content of section 2."
    },
    {
      subtitle: "Section 3: Aggregation",
      tags: [ "Aggregate" ],
      content: {
      text: "Section 3: This is the content of section3.",
      tags: [ "MapReduce","Aggregate" ]
      }
    }
]
})




该文档描述书的章节内容,每章节有tags字段,书本身也有tags字段。
如果客户有需要,查询带有标签Mongodb的书,以及只显示有标签Mongodb的章节。我们使用find()方法是无法满足的。

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db.book.find(
             {
               $or:
               [{tags:{$in: ['Mongodb']}},
                  {"subsections.tags":{$in: ['Mongodb']}}
               ]
             }
)




上面类似的查询,会显示命中文档的所有部分,把不包含Mongodb标签的章节也显示出来了。
Aggregate提供了一个$redact表达式,可以对结果进行裁剪。

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db.book.aggregate(
   [
   {$redact: {
         $cond: {
             if: {
               $gt:[ {$size: {$setIntersection: ["$tags",["Mongodb"]] }},0]
             },
             then:"$$DESCEND" ,
             else: "$$PRUNE"
         }
   }}
   ]
)




$$DESCEND 如果满足条件,则返回条件tags字段,对于内嵌文档,则返回父级字段。所有判断条件会作用到内嵌文档中。

$$PRUNE 如果不满足条件,则不显示该字段。
查询结果如下

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{
    "_id" : 1,
    "title" : "MongoDB Documentation",
    "tags" : [
      "Mongodb",
      "NoSQL"
    ],
    "year" : 2014,
    "subsections" : [
      {
            "subtitle" : "Section 2: MongoDB CRUD Operations",
            "tags" : [
                "Insert",
                "Mongodb"
            ],
            "content" : "Section 2: This is the content of section 2."
      }
    ]
}







三、使用mapReduce
实例3.1 :统计每个州的人口总数

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db.zipcodes.mapReduce(
      function () {emit(this.state, this.pop)}, //mapFunction
      (key, values)=>{return Array.sum(values)},//reduceFunction
      { out: "zipcodes_groupby_state"}
)




使用mapReduce,最少有三个参数,map函数、reduce函数、out输出参数。
map函数中,this表示处理的当前文档。emit函数,将传入的键值对传出给reduce函数。

reduce接受map函数的输出,作为输入。reduce中的values是一个列表。对上例来说,state是键,相同state的每条记录对应的pop组成一个列表作为值。形式如下
state = "CA" values=
reduce函数的key是默认一定会返回的,return的返回值,将values中的值相加。作为值。
out:输出结果保存的集合

实例3.2 统计每个城市的人口数,及每个城市的文档个数。

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db.zipcodes.mapReduce(
      function () {
          var key = {state:this.state,city:this.city}
          emit(key, {count:1,pop:this.pop})
      }, //mapFunction
      (key, values)=>{
          var retval = {count:0,pop:0}
          for (var i =0;i< values.length;i++){
            retval.count += values.count
            retval.pop += values.pop
          }
          return retval
      },//reduceFunction
      { out: "zipcodes_groupby_state_city"}
)





我们将{state,city}作为一个对象当成值,传递给map函数的key。将{count:1,pop:this.pop}对象传递给map的value 。
再reduce函数中再次计算count,pop的值。返回。
等价的sql如下


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select state,city,count(*) as count,sum(pop) as pop
from zipcodes
group by state,city






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