MongoDB的聚合框架Aggregation Framework入门学习教程

1. 聚合框架
使用聚合框架对集合中的文档进行变换和组合，可以用多个构件创建一个管道(pipeline)，用于对一连串的文档进行处理。这些构件包括筛选(filtering),投射(projecting),分组(grouping),排序(sorting),限制(limiting),跳过(skipping)。
例如一个保存着动物类型的集合，希望找出最多的那种动物，假设每种动物被保存为一个mongodb文档，可以按照以下步骤创建管道。
1)将每个文档的动物名称映射出来。
2)安装名称排序，统计每个名称出现的次数。
3)将文档按照名称出现的次数降序排列。
4)将返回结果限制为前五个。
具体操作符：
1){"$porject", {"name" : 1}}
类似于查询阶段的字段选择器，指定"fieldname" : 1选定需要的字段，"fieldname" : 0排除不需要的字段，"_id"字段自动显示。结果保存在内存中，不会写入磁盘。

db.test_collection.aggregate({"$project" : {"name" : 1}});    =>
{ "_id" : ObjectId("535a2d3c169097010b92fdf6"), "name" : "snake" }

</div>

2){"$group", {"_id" : "$name", "count" : {"$sum" : 1}}}
首先指定了分组的字段"name",该操作执行完后，每个name只对应一个结果，所有可以将name指定为唯一标识符"_id"。
第二个字段表明分组内的每个文档"count"字段加1。新加入的文档中不会有count字段。

db.test_collection.aggregate({"$project" : {"name" : 1}}, {"$group" : {"_id" : "$name", "count" : {"$sum" : 1}}});    =>
{ "_id" : "bird", "count" : 8344 }
{ "_id" : "snake", "count" : 8443 }
{ "_id" : "cat", "count" : 8183 }
{ "_id" : "rabbit", "count" : 8206 }
{ "_id" : "tiger", "count" : 8329 }
{ "_id" : "cow", "count" : 8309 }
{ "_id" : "horse", "count" : 8379 }
{ "_id" : "dog", "count" : 8406 }
{ "_id" : "dragon", "count" : 8372 }
{ "_id" : "elephant", "count" : 8264 }
{ "_id" : "pig", "count" : 8403 }
{ "_id" : "lion", "count" : 8362 }

</div>

3){"$sort" : {"count" : -1}}
对结果集中的文档根据count字段做降序排列。
4){"$limit" : 5}
将返回结果限制为5个文档。
将上述结果综合起来：

db.test_collection.aggregate(
{
  "$project" : {"name" : 1}}, 
  {"$group" : {"_id" : "$name", "count" : {"$sum" : 1}}}, 
  {"$sort" : {"count" : -1}},
  {"$limit" : 5}
);

</div>

aggregate会返回一个文档数组，内容为出现次数最多的5个动物：

{ "_id" : "snake", "count" : 8443 }
{ "_id" : "dog", "count" : 8406 }
{ "_id" : "pig", "count" : 8403 }
{ "_id" : "horse", "count" : 8379 }
{ "_id" : "dragon", "count" : 8372 }

</div>

调试过程中。可以逐一对管道符进行排查。
聚合框架不能对集合进行写入操作，所有结果返回给客户端，聚合结果必须限制在16M以内。

2. 管道操作符
每个操作符都会接受一连串的文档，对这些文档进行类型转换，最后得到的文档作为结果传递给下一操作符。
不同的管道操作符可以将任意顺序组合在一起使用，而且可以被重复任意多次。

2.1 $match
$match用于对文档集合进行筛选，之后得到的文档子集做聚合。
"$match"支持所有的常规查询操作符("$gt","$lt","$ne")等，不能使用地理空间操作符。
实际操作中尽量将"$match"放在管道的前面部分，一方面可以提快速将不需要的文档过滤掉，另外在映射和分组前筛选，查询可以使用索引。

2.2 $project
使用"$project"可以提取字段，可以重命名字段，

db.foo.aggregate({"$project" : {"city" : 1, "_id" : 0}})    =>
{ "city" : "NEW　WORK" }

</div>

可以将投射过的字段重命名:

db.foo.aggregate({"$project" : {"newcity" : "$city", "_id" : 0}})    =>
{ "newcity" : "NEW　WORK" }

</div>

使用"$fieldname"语法为了在聚合框架中引用fieldname字段，例如上面"$city"会被替换为"NEW　WORK"。
对字段重命名后，Mongdb不会记录其记录字段的历史名称，所以应该在修改字段名称前使用索引。
2.2.1 管道表达式
可以使用表达式将多个字面量和变量组合为一个值。
可以使用组合或者任意深度的嵌套，创建复杂的表达式。
2.2.2 数学表达式
数学表示式用来操作数据运算。

db.foo.aggregate(
  {"$project" :
    {"total" : 
      {"$add" : ["$age", "$year"]},
      "_id" : 0
    }
  }
)
{"total" : 15}

</div>

可以将多个表达式组合为更为复杂的表达式：

db.foo.aggregate(
  {"$project" :
    {"sub" :
      {"$subtract" : [{"$add" : ["$age", "$year"]}, 7]}, 
      "_id" : 0
    }
  }
)
{ "sub" : 8 }

</div>

操作符语法：
1)"$add" : [expr1, [, expr2, ..., exprN]]
将表达式相加
2)"$subtract" : [expr1, expr2]
表达式1减去表达式2
3)"$multiply" : [expr1, [, expr2, ..., exprN]]
将表达式相乘
4)"$divide" : [expr1, expr2]
表达式1除以表达式2得到商
5)"$mod" : [expr1, expr2]
表达式1除以表达式2得到余数

2.2.3 日期表达式
用于提取日期信息的表达式："$year","$month","$week","$dayOfMonth","$dayOfweek","$hour","$minute","$second"。只能对日期类型的字段进行日期操作，不能对数值类型进行日期操作。

db.bar.insert({"name" : "pipi", "date" : new Date()})
db.bar.aggregate(
  {"$project" : 
    {"birth-month" : 
      {"$month" : "$date"},
      "_id" : 0
    }
  }
)
{ "birth-month" : 4 }

</div>

也可以使用字面量日期。

db.bar.aggregate(
  {"$project" : 
    {"up-to-now" : 
      {"$subtract" : [{"$minute" : new Date()}, {"$minute" : "$date"}]},
      "_id" : 0
    }
  }
)
{ "up-to-now" : 18 }

</div>

2.2.3 字符串表达式
操作符语法：
1)"$substr" : [expr, startOffset, numoReturn]
接受字符串，起始位置以后偏移N个字节，截取字符串。
2)"$concat" : [expr1[, expr2, ..., exprN]]
将给定的表达式连接在一起作为返回结果。
3)"$toLower" : expr
返回参数的小写形式
4)"$toUpper" : expr
返回参数的大写形式
例如：

db.foo.insert({"firstname" : "caoqing", "lastname" : "lucifer"})
db.foo.aggregate(
{
  "$project" : {
    "email" : {
      "$concat" : [
        {"$substr" : ["$firstname", 0, 1]},
        ".",
        "$lastname",
        "@gmail.com"
          ]
        },
        "_id" : 0
      }
  }
)
{ "email" : "c.lucifer@gmail.com" }

</div>

2.2.3 逻辑表达式
操作符语法：
1)"$cmp" : [expr1, expr2]
比较两个参数，相等返回0，大于返回整数，小于返回负数。
2)"$strcasecmp" : [string1, string2]
比较字符串，区分大小写
3)"$eq"/"$ne"/"$gt"/"$gte"/"lt"/"lte" : [expr1, expr2]
比较字符串，返回结果(true or false)
4)"$and" : [expr1[, expr2, ..., exprN]]
所有值为true返回true，否则返回false。
5)"$or" : [expr1[, expr2, ..., exprN]]
任意表达式为true返回true，否则返回false
6)"$not" : expr
对表示式取反
还有两个控制语句。

"$crond" : [booleanExpr, trueExpr, falseExpr]

</div>

如果为true,返回trueExpr，否则，返回falseExpr。

"$ifFull" : [expr, replacementExpr]

</div>

如果expr为null，返回replacementExpr，否则返回expr。
算术操作符必须接受数值，日期操作符必须接受日期，字符串操作符必须接受字符串。
例如，根据学生出勤率(10%)，平时作业(30%)和考试成绩(60%)得出最终成绩，如果是老师宠爱的学生，直接得100分：
插入数据: