面试题：MongoDB中索引如何影响增删改查操作

Question

请阐述在MongoDB里，创建不同类型的索引（如单字段索引、复合索引）对插入、删除、更新和查询操作分别会产生怎样的影响？举例说明。

Answer 1

单字段索引

1. 插入操作：
   • 影响：插入性能会略有下降。因为每次插入新文档时，MongoDB需要同时更新索引结构。例如，假设我们有一个集合users，为name字段创建单字段索引。
   • 示例：

   db.users.createIndex({name: 1});
   // 插入操作
   db.users.insertOne({name: "John", age: 30});
   // 由于有索引，插入时不仅要插入文档，还要更新索引，相比无索引插入会稍慢
   

2. 删除操作：
   • 影响：删除性能也会受一定影响。删除文档时，不仅要从集合中移除文档，还要从索引中移除相关的索引项。比如从users集合删除name为“John”的文档。
   • 示例：

   db.users.deleteOne({name: "John"});
   // 此时不仅要从集合中删除文档，还要从`name`字段的索引中移除相关项，导致删除操作比无索引时稍慢
   

3. 更新操作：
   • 影响：如果更新涉及索引字段，更新性能会下降。因为不仅要更新文档中的字段值，还要更新索引中对应的值。例如更新users集合中name为“John”的用户的年龄。
   • 示例：

   db.users.updateOne({name: "John"}, {$set: {age: 31}});
   // 由于更新不涉及索引字段`name`，性能影响相对较小；但如果更新`name`字段，就需要同时更新索引，性能下降更明显
   

4. 查询操作：
   • 影响：显著提升查询性能。如果查询条件包含索引字段，MongoDB可以利用索引快速定位文档。例如查询name为“John”的用户。
   • 示例：

   db.users.find({name: "John"});
   // 由于有`name`字段的索引，查询速度会比无索引时快很多
   

复合索引

1. 插入操作：
   • 影响：插入性能下降更明显。因为复合索引包含多个字段，插入文档时需要更新更为复杂的索引结构。例如在users集合为name和age字段创建复合索引。
   • 示例：

   db.users.createIndex({name: 1, age: 1});
   // 插入文档
   db.users.insertOne({name: "Jane", age: 25});
   // 插入时要更新包含`name`和`age`两个字段的复合索引，性能下降比单字段索引更显著
   

2. 删除操作：
   • 影响：删除性能下降更严重。删除文档时，要从包含多个字段的复合索引中移除相关项。比如删除name为“Jane”且age为25的文档。
   • 示例：

   db.users.deleteOne({name: "Jane", age: 25});
   // 要从复合索引中移除相关项，相比单字段索引删除操作，耗时会更长
   

3. 更新操作：
   • 影响：若更新涉及复合索引中的字段，性能下降显著。因为要同时更新多个字段在索引中的值。例如更新name为“Jane”且age为25的用户的年龄。
   • 示例：

   db.users.updateOne({name: "Jane", age: 25}, {$set: {age: 26}});
   // 由于更新涉及复合索引中的`age`字段，不仅要更新文档，还要更新复合索引中`age`字段相关的值，性能影响较大
   

4. 查询操作：
   • 影响：对于符合复合索引顺序的查询条件，查询性能提升极大。例如查询name为“Jane”且age为25的用户。
   • 示例：

   db.users.find({name: "Jane", age: 25});
   // 由于查询条件与复合索引`{name: 1, age: 1}`顺序匹配，查询性能会得到显著提升
   

总体而言，索引对查询操作有积极的性能提升作用，但对插入、删除和更新操作会带来一定的性能损耗，在设计索引时需要综合考虑应用场景的读写需求。