使用explain()查看mongodb查询语句的执行计划

与mysql, oracle等关系数据库类似，mongodb通过查询优化器，为每一个查询语句计算出最优的查询计划，包括选择的索引，查询时间，扫描的记录，扫描的索引数量，备选执行计划等信息。本文介绍使用explain()查看单个查询语句的执行计划。

explain() 语法

使用explain()获取查询语句的查询计划。语法如下

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db.collections.explain().<method(...)>

如查看db.orders.find()的执行计划

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db.orders.explain().find()

{
	"explainVersion" : "2",
	"queryPlanner" : {
		"namespace" : "meituan.orders",
		"indexFilterSet" : false,
		"parsedQuery" : {
			
		},
		"queryHash" : "E475932B",
		"planCacheKey" : "66AC8600",
		"maxIndexedOrSolutionsReached" : false,
		"maxIndexedAndSolutionsReached" : false,
		"maxScansToExplodeReached" : false,
		"winningPlan" : {
			"queryPlan" : {
				"stage" : "COLLSCAN",
				"planNodeId" : 1,
				"filter" : {
					
				},
				"direction" : "forward"
			},
			"slotBasedPlan" : {
				"slots" : "$$RESULT=s4 env: { s1 = TimeZoneDatabase(Antarctica/Rothera...Antarctica/Vostok) (timeZoneDB), s3 = 1699514675958 (NOW), s2 = Nothing (SEARCH_META) }",
				"stages" : "[1] scan s4 s5 none none none none lowPriority [] @\"8e5238a3-24a2-4d90-ba2c-34c78b61f5ea\" true false "
			}
		},
		"rejectedPlans" : [ ]
	},
	"command" : {
		"find" : "orders",
		"filter" : {
			
		},
		"batchSize" : 1000,
		"projection" : {
			
		},
		"$readPreference" : {
			"mode" : "primary"
		},
		"$db" : "meituan"
	},
	"serverInfo" : {
		"host" : "XXXXXX-W11",
		"port" : 27017,
		"version" : "7.0.1",
		"gitVersion" : "425a0454d12f2664f9e31002bbe4a386a25345b5"
	},
	"serverParameters" : {
		"internalQueryFacetBufferSizeBytes" : 104857600,
		"internalQueryFacetMaxOutputDocSizeBytes" : 104857600,
		"internalLookupStageIntermediateDocumentMaxSizeBytes" : 104857600,
		"internalDocumentSourceGroupMaxMemoryBytes" : 104857600,
		"internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes" : 104857600,
		"internalQueryProhibitBlockingMergeOnMongoS" : 0,
		"internalQueryMaxAddToSetBytes" : 104857600,
		"internalDocumentSourceSetWindowFieldsMaxMemoryBytes" : 104857600,
		"internalQueryFrameworkControl" : "trySbeEngine"
	},
	"ok" : 1
}

explain() 的三种输出模式

explain()默认按照queryPlanner 返回执行计划的内容。除了queryPlanner模式，还有executionStats模式和allPlansExecution模式。三种模式使用方法如下。

默认（queryPlanner）模式

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db.collection.explain().find()
db.collection.explain("queryPlanner").find()

executionStats 模式

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db.collection.explain("executionStatus").find()

allPlansExecution模式

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db.collection.explain("allPlansExecution").find()

三种模式返回的内容不同。 queryPlanner返回查询优化器中选择的执行计划，如数据查询方式，全表扫描COLLSCAN，索引扫描IXSCAN等。在选择使用索引查询时，返回查询时所需要的索引。"executionStats"模式下，除了返回执行计划外，还返回按照执行计划查询的执行信息，包括执行时间，扫描索引的数量，扫描文档的数量，每个查询阶段的执行信息。"allPlanExecution"模式，除执行计划和执行信息外，还包执行计划选择期间所有执行计划的统计信息，包括备选方案的执行统计信息。通过查看执行计划，可以查看数据库是否按照预期的方案执行，给出数据库查询优化方案。如添加hint(), 删除或添加索引，修改索引定义方式等来提高查询效率。

Explain() 使用场景

explain()适用于下面几种查询和数据更新语句。

aggregate()
find()
distinct()
count()
remove()
findAndModify()
group()
update()
mapReduce()

对于数据更新的语句remove(), findAndModify(), update()，添加explain()后，数据更新语句并不会真正的执行，只是返回查询时使用的执行计划。

Aggregation中包含$out, $merge语句时，只能用默认模式，即queryPlanner模式，不可以使用executionStats模式和allPlansExecution模式。

explain()使用时，需要置于查询或更新的语句前面。

db.collection.explain().find()和db.collection.find().explain()两个查询语句不同。db.collection.explain().find()在查询链中还可以添加更多的查询修饰语句。

如 db.collection.explain().find().limit(1)

Db.collection.explain().find().count().hint()等

db.collection.find().explain()返回查询执行计划的cursor，需要使用next()获取执行计划。后续不可以再添加查询修饰语句。

使用db.collection.explain().help()获取explain的更多使用方法和帮助信息

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db.order.explain().help()
Explainable operations
	.aggregate(...) - explain an aggregation operation
	.count(...) - explain a count operation
	.distinct(...) - explain a distinct operation
	.find(...) - get an explainable query
	.findAndModify(...) - explain a findAndModify operation
	.group(...) - explain a group operation
	.mapReduce(...) - explain a mapReduce operation
	.remove(...) - explain a remove operation
	.update(...) - explain an update operation
Explainable collection methods
	.getCollection()
	.getVerbosity()
	.setVerbosity(verbosity)

使用db.collection.explain().find().help()获取查询修饰符和explain的cursor信息。

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db.order.explain().find().help()
Explain query methods
	.finish() - sends explain command to the server and returns the result
	.forEach(func) - apply a function to the explain results
	.hasNext() - whether this explain query still has a result to retrieve
	.next() - alias for .finish()
Explain query modifiers
	.addOption(n)
	.batchSize(n)
	.comment(comment)
	.collation(collationSpec)
	.count()
	.hint(hintSpec)
	.limit(n)
	.maxTimeMS(n)
	.max(idxDoc)
	.min(idxDoc)
	.readPref(mode, tagSet)
	.showDiskLoc()
	.skip(n)
	.sort(sortSpec)

explain() 实现机制

实现上，explain()封装了mongodb explain命令

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  db.runCommand(
 {
     explain: <command>,
     verbosity: <string>,
     comment: <any>
   }
)

如

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db.runCommand(
   {
     explain: { count: "products", query: { quantity: { $gt: 50 } } },
     verbosity: "queryPlanner"
   }
)

比较explain() 与$indexStats

两个命令都可以用于查看集合中定义的索引和执行信息。但两个命令各有侧重点，使用场景也不用。

explain()返回查询语句的执行计划，包含数据扫描方式，全表扫描（COLLSCAN），索引扫描（IXSCAN）等，还包括查询语句的执行时间，扫描文档的数量，扫描索引key的数量等。通过explain()，技术人员可以发现查询是否需要添加索引，或者对已有索引进行修改，或增加hint()在引导查询优化器选用更好的执行计划。针对单个查询进行优化。

$indexStatus，统计单个集合中所有索引定义和使用情况。包含索引定义的详细信息，索引的命中信息等。针对使用较少的索引，可以进行优化。

实际运用中，需要结合使用explain()和$indexStats两者的返回结果。