MongoDB入门学习教程，从入门到精通，MongoDB查询(4）

查询

1. find 简介

1.1 find() 基本语法

语法：

db.collection.find(
  <filter>,
  <projection>
)

参数说明：

• filter：查询条件（可选），指定要检索的文档条件
• projection：投影（可选），指定返回的字段

返回值 ：

返回一个游标（cursor），包含所有匹配的文档。

基本示例：

// 查询所有文档
db.users.find()

// 带条件的查询
db.users.find({ name: "张三" })

// 带投影的查询（只返回指定字段）
db.users.find({}, { name: 1, age: 1, _id: 0 })

// 格式化的输出（更易读）
db.users.find().pretty()

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1.2 findOne() 方法

语法：

db.collection.findOne(
  <filter>,
  <projection>
)

特点：

• 返回第一个匹配的文档（不是游标）
• 如果没找到，返回 null

示例：

// 返回第一个用户
var user = db.users.findOne()
print(user.name)

// 带条件的查询
var user = db.users.findOne({ age: { $gt: 18 } })

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2. 查询条件

2.1 比较操作符

操作符	说明	示例
$eq	等于（equal）	{ age: { $eq: 25 } } 或 { age: 25 }
$ne	不等于（not equal）	{ age: { $ne: 25 } }
$gt	大于（greater than）	{ age: { $gt: 25 } }
$gte	大于等于（greater than or equal）	{ age: { $gte: 25 } }
$lt	小于（less than）	{ age: { $lt: 25 } }
$lte	小于等于（less than or equal）	{ age: { $lte: 25 } }
$in	在数组中	{ age: { $in: [25, 30, 35] } }
$nin	不在数组中	{ age: { $nin: [25, 30, 35] } }

示例：

// 查询年龄大于等于18且小于30的用户
db.users.find({ age: { $gte: 18, $lte: 30 } })

// 查询状态为 active 或 pending 的用户
db.users.find({ status: { $in: ["active", "pending"] } })

// 查询年龄不是25、30、35的用户
db.users.find({ age: { $nin: [25, 30, 35] } })

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2.2 逻辑操作符

操作符	说明	示例
$and	逻辑与	{ $and: [ { age: { $gt: 18 } }, { status: "active" } ] }
$or	逻辑或	{ $or: [ { age: { $lt: 18 } }, { status: "inactive" } ] }
$not	逻辑非	{ age: { $not: { $gt: 18 } } }
$nor	既不也不	{ $nor: [ { age: { $gt: 60 } }, { status: "inactive" } ] }

示例：

// $and 示例（多个条件默认是隐式 AND）
db.users.find({ age: { $gt: 18 }, status: "active" })

// 显式 $and
db.users.find({
  $and: [
    { age: { $gt: 18 } },
    { age: { $lt: 60 } },
    { status: "active" }
  ]
})

// $or 示例
db.users.find({
  $or: [
    { age: { $lt: 18 } },
    { age: { $gt: 60 } }
  ]
})

// $nor 示例（年龄不在18-60之间且状态不是 inactive）
db.users.find({
  $nor: [
    { age: { $gt: 18, $lt: 60 } },
    { status: "inactive" }
  ]
})

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2.3 元素操作符

操作符	说明	示例
$exists	字段是否存在	{ email: { $exists: true } }
$type	字段的类型	{ age: { $type: "int" } }

示例：

// 查询有 email 字段的用户
db.users.find({ email: { $exists: true } })

// 查询 email 字段不存在的用户
db.users.find({ email: { $exists: false } })

// 查询 age 字段类型为整数的用户
db.users.find({ age: { $type: "int" } })

// 查询 age 字段类型为数字（整数或浮点数）的用户
db.users.find({ age: { $type: "number" } })

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2.4 正则表达式查询

语法：

{ field: /pattern/ }
{ field: { $regex: "pattern", $options: "i" } }

常用选项：

• i：不区分大小写
• m：多行匹配
• x：忽略空白字符
• s：点号（.）匹配所有字符（包括换行）

示例：

// 查询名字以"张"开头的用户
db.users.find({ name: /^张/ })

// 查询邮箱包含"example.com"的用户（不区分大小写）
db.users.find({ email: { $regex: "example\\.com", $options: "i" } })

// 使用正则表达式对象
db.users.find({ name: { $regex: "^张", $options: "i" } })

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3. 特定类型的查询

3.1 数组查询

示例数据：

db.articles.insertMany([
  { title: "MongoDB 教程", tags: ["mongodb", "database", "nosql"], comments: [
    { user: "张三", text: "很好" },
    { user: "李四", text: "不错" }
  ]},
  { title: "Python 教程", tags: ["python", "programming"], comments: [
    { user: "王五", text: "实用" }
  ]}
])

3.1.1 精确匹配整个数组

// 匹配 tags 完全等于 ["mongodb", "database"] 的文档
db.articles.find({ tags: ["mongodb", "database"] })

3.1.2 匹配数组中的任意元素

// 匹配 tags 包含 "mongodb" 的文档
db.articles.find({ tags: "mongodb" })

// 匹配 tags 包含 "mongodb" 或 "python" 的文档
db.articles.find({ tags: { $in: ["mongodb", "python"] } })

3.1.3 数组操作符

操作符	说明	示例
$all	包含所有指定元素	{ tags: { $all: ["mongodb", "database"] } }
$size	数组长度	{ tags: { $size: 3 } }
$elemMatch	匹配数组中的元素	{ comments: { $elemMatch: { user: "张三" } } }

示例：

// 同时包含 mongodb 和 database 标签
db.articles.find({ tags: { $all: ["mongodb", "database"] } })

// 恰好有2个标签的文章
db.articles.find({ tags: { $size: 2 } })

// 查询张三评论过的文章
db.articles.find({
  comments: {
    $elemMatch: { user: "张三", text: { $exists: true } }
  }
})

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3.2 嵌套文档查询

示例数据：

db.users.insertMany([
  {
    name: "张三",
    address: {
      city: "北京",
      street: "长安街",
      zip: "100000"
    }
  },
  {
    name: "李四",
    address: {
      city: "上海",
      street: "南京路",
      zip: "200000"
    }
  }
])

查询方式：

// 点号表示法查询嵌套字段
db.users.find({ "address.city": "北京" })

// 精确匹配整个嵌套文档（顺序和字段必须完全一致）
db.users.find({
  address: {
    city: "北京",
    street: "长安街",
    zip: "100000"
  }
})

// 使用 $elemMatch 查询嵌套文档数组
db.articles.find({
  comments: {
    $elemMatch: { user: "张三", text: /好/ }
  }
})

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3.3 查询 Null 值

注意事项：

• null 查询会同时匹配字段值为 null 的文档和字段不存在的文档

// 查询 age 为 null 的文档（包括没有 age 字段的文档）
db.users.find({ age: null })

// 只查询 age 字段存在且为 null 的文档
db.users.find({ age: { $type: 10 } })  // BSON 类型 10 是 null
// 或使用
db.users.find({ age: { $exists: true, $eq: null } })

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4. $where 查询

4.1 基本概念

$where 允许使用 JavaScript 表达式或函数进行查询，提供了最大灵活性，但性能较差（需要执行 JavaScript 引擎）。

语法：

db.collection.find({ $where: <JavaScript expression> })
db.collection.find(<query>, { $where: <function> })

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4.2 使用示例

// 查询 name 长度大于 2 的用户
db.users.find({ $where: "this.name.length > 2" })

// 使用函数形式
db.users.find({
  $where: function() {
    return this.name.length > 2 && this.age > 18
  }
})

// 比较两个字段
db.products.find({ $where: "this.price > this.cost" })

// 复杂业务逻辑
db.orders.find({
  $where: function() {
    // 只返回总金额大于 1000 且包含特定商品的订单
    var total = this.items.reduce((sum, item) => sum + item.price * item.qty, 0)
    var hasLaptop = this.items.some(item => item.name === "笔记本")
    return total > 1000 && hasLaptop
  }
})

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4.3 注意事项与性能优化

方面	说明
性能	$where 无法使用索引，每个文档都需要执行 JavaScript
安全性	避免注入攻击，不要直接拼接用户输入
替代方案	尽可能使用普通查询操作符（$gt、$regex 等）代替 $where
限制	在分片集群中，$where 查询会在所有分片执行

推荐做法：

// 不推荐（无法使用索引）
db.users.find({ $where: "this.age > 18" })

// 推荐（可以使用索引）
db.users.find({ age: { $gt: 18 } })

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5. 游标

5.1 游标的基本概念

定义 ：find() 方法返回的不是查询结果本身，而是一个游标（cursor），它指向结果集的指针。

游标特点：

• 惰性执行：只有在需要时才从数据库获取数据
• 可迭代：支持在 shell 中自动迭代
• 可链式调用：支持多个方法连续调用

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5.2 游标方法

5.2.1 limit() - 限制返回数量

// 只返回前5条文档
db.users.find().limit(5)

// 限制返回数量为10条
db.products.find({ price: { $gt: 100 } }).limit(10)

5.2.2 skip() - 跳过文档

// 跳过前10条，返回之后的文档
db.users.find().skip(10)

// 分页查询（每页20条，第3页）
db.users.find().skip(40).limit(20)

5.2.3 sort() - 排序

语法：

db.collection.find().sort({ field1: 1, field2: -1 })
// 1 表示升序，-1 表示降序

示例：

// 按年龄升序排序
db.users.find().sort({ age: 1 })

// 多字段排序：先按年龄降序，再按姓名升序
db.users.find().sort({ age: -1, name: 1 })

// 使用索引的排序更高效
db.users.createIndex({ age: 1 })
db.users.find().sort({ age: 1 }).limit(10)  // 可以使用索引

5.2.4 count() - 计数

// 统计所有文档数
db.users.find().count()

// 统计满足条件的文档数
db.users.find({ age: { $gt: 18 } }).count()

// 更精确的计数（考虑 skip 和 limit）
db.users.find({ age: { $gt: 18 } }).skip(10).limit(20).count(true)

// 推荐使用 countDocuments（更准确）
db.users.countDocuments({ age: { $gt: 18 } })

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5.3 游标迭代方法

5.3.1 forEach() - 遍历游标

db.users.find().forEach(function(doc) {
  print("用户: " + doc.name + ", 年龄: " + doc.age)
})

5.3.2 toArray() - 转换为数组

// 将游标转换为数组（适用于结果集较小的场景）
var users = db.users.find().limit(100).toArray()
print(users[0].name)

5.3.3 next() 和 hasNext()

var cursor = db.users.find()
while (cursor.hasNext()) {
  var doc = cursor.next()
  print(doc.name)
}

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5.4 游标生命周期与配置

特性	说明
默认超时	游标默认在 10 分钟无活动后自动关闭
无超时游标	db.users.find().noCursorTimeout() 可禁用超时（需手动关闭）
批量获取	默认每批返回 101 条文档或 1MB 数据
批大小调整	db.users.find().batchSize(50)

示例：

// 创建无超时游标（用于长时间迭代）
var cursor = db.users.find().noCursorTimeout()

// 手动关闭游标
cursor.close()

// 设置批大小为 100
db.users.find().batchSize(100)

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5.5 投影（Projection）

投影用于控制返回的字段，减少网络传输量

// 只返回 name 和 age 字段（排除 _id）
db.users.find({}, { name: 1, age: 1, _id: 0 })

// 排除某些字段（返回所有字段除了 password）
db.users.find({}, { password: 0 })

// 嵌套字段投影
db.users.find({}, { "address.city": 1, name: 1 })

// 数组切片（返回前3个元素）
db.articles.find({}, { comments: { $slice: 3 } })

// 数组切片（跳过前2个，返回3个）
db.articles.find({}, { comments: { $slice: [2, 3] } })

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6. 综合示例与最佳实践

6.1 分页查询实现

// 分页查询函数
function paginate(collection, page, pageSize, filter = {}, sort = {}) {
  var skip = (page - 1) * pageSize
  return collection
    .find(filter)
    .sort(sort)
    .skip(skip)
    .limit(pageSize)
    .toArray()
}

// 使用示例：查询第3页，每页10条，按年龄降序
var users = paginate(db.users, 3, 10, { status: "active" }, { age: -1 })

6.2 复杂查询示例

// 查询活跃用户中，年龄在18-30岁之间，且邮箱已验证，按注册时间倒序
db.users.find({
  status: "active",
  age: { $gte: 18, $lte: 30 },
  emailVerified: true,
  createdAt: { $exists: true }
}).sort({ createdAt: -1 }).limit(20)

// 查询订单中，包含特定商品且总金额大于500的订单
db.orders.find({
  items: { $elemMatch: { productId: "P1001", quantity: { $gt: 0 } } },
  totalAmount: { $gt: 500 }
})

6.3 查询优化建议

优化点	说明	示例
使用索引	为常用查询字段创建索引	db.users.createIndex({ age: 1, status: 1 })
限制返回字段	使用投影减少数据传输	db.users.find({}, { name: 1 })
避免 $where	优先使用查询操作符	用 { age: { $gt: 18 } } 代替 $where
使用 explain()	分析查询性能	db.users.find({ age: 18 }).explain("executionStats")
合理使用 limit	避免返回大量数据	db.logs.find().sort({ time: -1 }).limit(100)

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总结

本章详细介绍了 MongoDB 的查询功能，涵盖：

• find 方法的基本使用和投影
• 多种查询条件：比较、逻辑、元素、正则表达式
• 特定类型查询：数组、嵌套文档、null 值的处理
• $where 查询的灵活性与性能权衡
• 游标操作：limit、skip、sort、count 以及迭代方法

掌握这些查询技术是高效使用 MongoDB 的基础，合理的查询设计和索引优化能显著提升应用性能。