面试题：MongoDB片键对查询性能的影响及优化策略

Question

假设已有一个基于MongoDB的分片集群，片键为user_id。当频繁执行按user_name查询时，查询性能较差，请分析原因，并给出可能的优化策略。

Answer 1

原因分析

1. 片键选择问题：片键为user_id，而查询是基于user_name。MongoDB的分片集群是根据片键来分布数据的，按user_name查询时，无法利用片键的分布优势，可能需要在所有分片上进行全量扫描来获取数据，导致性能较差。
2. 缺少索引：如果没有为user_name字段建立索引，在执行查询时，数据库需要全表扫描集合中的每一个文档来匹配user_name，这在数据量较大时性能损耗严重。

优化策略

1. 建立索引：
   • 为user_name字段创建单字段索引。例如在MongoDB shell中使用db.collection.createIndex( { user_name: 1 } )，其中1表示升序索引，也可根据实际需求改为-1降序索引。通过索引，数据库可以快速定位到满足user_name条件的文档，大大提高查询效率。
2. 调整片键（需谨慎）：
   • 如果业务允许，并且数据分布情况合适，可以考虑将片键调整为user_name。这样数据将按照user_name进行分片，按user_name查询时，能直接定位到相应的分片，减少不必要的跨分片查询。但此操作需要谨慎，因为调整片键可能涉及数据的重新分布，在大数据量情况下可能导致集群负载升高甚至影响业务正常运行。
3. 二级索引与覆盖索引：
   • 如果查询不仅返回user_name相关数据，还涉及其他字段，可以创建覆盖索引。例如db.collection.createIndex( { user_name: 1, other_field1: 1, other_field2: 1 } )，这样查询所需的数据都可以从索引中获取，避免回表操作，进一步提升查询性能。