面试题：MongoDB复杂查询场景下的索引设计与性能调优案例

Question

假设你正在处理一个社交媒体应用的MongoDB数据库，其中一个集合存储了用户发布的帖子信息，包括用户ID、帖子内容、发布时间、点赞数、评论数等字段。现在有如下复杂查询需求：1. 查询点赞数大于100且评论数大于50的最近一周内发布的帖子；2. 查询某个用户发布的点赞数排名前10的帖子。请详细说明针对这两个查询需求，如何设计索引以达到最优性能，并解释设计思路及可能遇到的索引覆盖、索引冲突等问题，同时给出索引创建语句。

Answer 1

第一个查询需求：查询点赞数大于100且评论数大于50的最近一周内发布的帖子

1. 索引设计思路：
   • 这个查询涉及点赞数、评论数和发布时间三个字段。为了达到最优性能，我们应该创建一个复合索引，将查询条件中的字段按查询条件的选择性从高到低排列。一般来说，点赞数和评论数的选择性相对较高，而时间范围（最近一周）相对较宽泛。所以索引顺序为点赞数、评论数、发布时间。
2. 可能遇到的问题：
   • 索引覆盖：如果查询返回的字段都包含在索引中，那么可以使用索引覆盖，直接从索引中获取数据，而不需要回表操作，从而提高查询性能。例如，如果只查询帖子ID、点赞数、评论数和发布时间，这个索引就可以实现索引覆盖。
   • 索引冲突：如果数据库中已经存在其他索引，新创建的索引字段顺序与已有索引冲突，可能会导致索引维护成本增加。例如已有索引是（发布时间，点赞数），而新创建的索引为（点赞数，评论数，发布时间），虽然字段有重合，但顺序不同，可能会在某些操作（如插入、更新）时增加额外的索引更新开销。
3. 索引创建语句：

db.posts.createIndex({likes: 1, comments: 1, publishTime: 1});

这里likes表示点赞数，comments表示评论数，publishTime表示发布时间，1表示升序排列（如果是 -1 则表示降序排列）。

第二个查询需求：查询某个用户发布的点赞数排名前10的帖子

1. 索引设计思路：
   • 此查询涉及用户ID和点赞数两个字段。创建一个复合索引，将用户ID放在前面，因为要先定位到特定用户，然后再根据点赞数进行排序。所以索引为（用户ID，点赞数）。
2. 可能遇到的问题：
   • 索引覆盖：如果查询返回的字段都包含在索引中，例如只查询帖子ID、用户ID和点赞数，那么可以利用索引覆盖，避免回表操作，提升查询效率。
   • 索引冲突：如果已有索引包含用户ID或者点赞数且顺序不同，可能会产生索引冲突。比如已有索引是（点赞数，用户ID），新创建（用户ID，点赞数），在数据操作时可能会增加索引维护成本。
3. 索引创建语句：

db.posts.createIndex({userId: 1, likes: -1});

这里userId表示用户ID，likes表示点赞数，-1表示点赞数以降序排列，这样可以直接获取点赞数排名前10的帖子。