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MongoDB Aggregate 核心阶段（$match/$project/$group/$sort）及分页详解 ​

你想了解 MongoDB 聚合管道中 $match、$project、$group、$sort 的作用，以及聚合分页的实现方式，下面逐一拆解说明：

一、聚合管道（Aggregate）核心阶段详解 ​

MongoDB 的 aggregate() 是基于管道思想的数据分析工具，每个管道阶段（如 $match、$project）会接收上一阶段的输出作为输入，处理后传递给下一阶段，最终得到目标结果。

1. $match：数据筛选（过滤） ​

作用 ​

类似于普通查询的 find() 条件，用于在聚合管道初期过滤不需要的文档，只保留满足条件的文档进入后续管道阶段。

核心特点 ​

  • 尽可能放在管道最前面：减少后续阶段处理的数据量，提升聚合效率（可利用索引优化查询）
  • 支持与 find() 相同的查询操作符（$eq、$gt、$in、$regex 等）

示例 ​

筛选出 age 大于 20 且 gender 为 "male" 的用户文档：

javascript
db.users.aggregate([
  {
    $match: {
      age: { $gt: 20 },
      gender: "male"
    }
  }
])

2. $project：字段投影（筛选/重命名/计算） ​

作用 ​

控制文档的字段展示形式，支持三种核心操作：

  1. 保留需要的字段、排除不需要的字段（类似 find() 的第二个参数）
  2. 重命名字段
  3. 生成新的计算字段（基于原有字段做运算、拼接等）

核心特点 ​

  • 用 1 表示保留字段，0 表示排除字段（_id 字段默认保留，需手动指定 _id: 0 排除）
  • 支持通过 $ 引用原有字段，进行算术运算、字符串拼接等

示例 ​

保留 name 字段，排除 _id，重命名 age 为 userAge，新增 fullName 字段（拼接 firstName 和 lastName）：

javascript
db.users.aggregate([
  {
    $project: {
      _id: 0,
      name: 1,
      userAge: "$age", // 重命名
      fullName: { $concat: ["$firstName", " ", "$lastName"] } // 新增计算字段
    }
  }
])

3. $group：数据分组聚合 ​

作用 ​

按照指定字段对文档进行分组，并对每组数据进行聚合计算（如统计数量、求和、平均值等），类似 SQL 中的 GROUP BY。

核心特点 ​

  • 必须指定 _id 字段：用于定义分组依据（_id: "$gender" 按性别分组，_id: null 表示全局分组（所有文档为一组））
  • 支持多种聚合操作符：$sum（求和）、$avg（平均值）、$count（计数）、$max/$min（最大/最小值）等

示例 ​

按 gender 字段分组，统计每组用户数量（userCount）和平均年龄（avgAge）：

javascript
db.users.aggregate([
  {
    $group: {
      _id: "$gender", // 分组依据：性别
      userCount: { $count: {} }, // 计数（等价于 $sum: 1）
      avgAge: { $avg: "$age" } // 计算平均年龄
    }
  }
])

4. $sort：结果排序 ​

作用 ​

对当前管道阶段的文档进行排序，支持升序或降序排列，类似 SQL 中的 ORDER BY。

核心特点 ​

  • 用 1 表示升序，-1 表示降序
  • 可按单个字段或多个字段排序（多字段排序时，按配置顺序优先级递减）
  • 若在 $skip/$limit（分页阶段）前使用，可实现有序分页

示例 ​

先按 age 降序排序，再按 name 升序排序：

javascript
db.users.aggregate([
  {
    $sort: {
      age: -1, // 年龄降序
      name: 1  // 姓名升序
    }
  }
])

二、MongoDB 聚合分页实现 ​

聚合分页依赖两个专用管道阶段：$skip（跳过指定数量文档）和 $limit（限制返回文档数量），通常与 $sort 配合使用，保证分页结果的一致性。

1. 分页核心阶段说明 ​

管道阶段作用示例
$skip跳过前面 N 条文档，用于指定分页的起始位置$skip: 20（跳过前 20 条，对应第 3 页，每页 10 条）
$limit限制返回的文档数量，用于指定每页显示条数$limit: 10（每页显示 10 条）

2. 分页完整流程（含排序） ​

核心逻辑 ​

$match（筛选）→ $sort（排序，保证分页有序）→ $skip（跳过前面页数的文档）→ $limit（获取当前页文档）

公式 ​

  • 跳过文档数 = (当前页码 - 1) * 每页显示条数
  • 示例：第 2 页，每页 10 条 → 跳过 (2-1)*10=10 条

完整示例 ​

查询 gender 为 "female" 的用户，按 age 降序排序，实现第 2 页、每页 10 条的分页：

javascript
// 分页参数
const pageNum = 2; // 当前页码
const pageSize = 10; // 每页条数
const skipCount = (pageNum - 1) * pageSize; // 跳过的文档数

db.users.aggregate([
  // 1. 筛选数据（尽可能放在最前面）
  { $match: { gender: "female" } },
  // 2. 排序（保证分页结果一致，必须在 skip/limit 前）
  { $sort: { age: -1 } },
  // 3. 跳过前面的文档
  { $skip: skipCount },
  // 4. 限制当前页返回条数
  { $limit: pageSize },
  // 可选：投影需要的字段
  { $project: { _id: 0, name: 1, age: 1, gender: 1 } }
])

3. 分页总数查询（可选，用于计算总页数） ​

若需要显示总页数（如“共 5 页”），需额外执行一次聚合，用 $count 统计符合条件的总文档数：

javascript
// 查询总条数
db.users.aggregate([
  { $match: { gender: "female" } }, // 与分页查询的筛选条件一致
  { $count: "total" } // 统计总文档数，返回 { total: 45 } 格式
])

// 总页数 = Math.ceil(总条数 / 每页条数) → Math.ceil(45 / 10) = 5 页

三、注意事项 ​

  1. 管道顺序影响性能：$match 尽量放在最前，$sort 放在 $skip/$limit 前，避免无效排序/分页
  2. 大数据量分页：$skip 在数据量极大时（如跳过 10 万条以上）性能较差，可优化为“基于最后一条文档的字段值分页”（如按 _id 或时间戳）
  3. 索引优化：为 $match 和 $sort 的字段建立索引，大幅提升聚合效率

总结 ​

  1. $match：筛选文档，减少后续处理量；$project：控制字段展示/生成计算字段
  2. $group：按字段分组并做聚合统计；$sort：对文档进行升序/降序排列
  3. 聚合分页：核心是 $skip（跳过前 N 条）+ $limit（每页条数），配合 $sort 保证有序，总条数用 $count 查询
  4. 分页公式：跳过数 = (当前页码-1) * 每页条数，管道顺序建议：$match → $sort → $skip → $limit