MongoDB中数组类型相关的操作

概述

在MongoDB的模式中，我们经常将一些数据存储到数组类型中，即我们常见的嵌套模式设计的一种实现方式。数组的这种设计实现方式在关系数据库中是没有或者说不常见的。所以，通过本文我们来梳理一下MongoDB的数组的相关操作。关于数组的操作可以分成两类，一类是数组操作符，另一个是数组运算修饰符。

 数组操作符

操作符	实现功能
$	根据查询选择器定位要更新的文档
$push	添加值到数组中
$pushAll	添加数组到一个数组中。（将被$rach取代）
$addToSet	添加值到数组中，重复了也不处理
$pop	从数组中删除第一个或者最后一个值。
$pull	从数组中删除匹配查询条件的值。
$pullAll	从数组中删除多个值。

数组运算修饰符

修饰符	实现功能
$each	与$push和$addToSet一起使用来操作多个值。
$slice	与$push和$each一起使用来缩小更新后数组的大小。
$sort	与$push、$each、$slice一起来排序数组中的子文档。

1.$push操作符

1.1 语法及功能描述

$push 主要用来向数组中添加元素。

语法：

{ $push: { <field1>: <value1>, ... } }

默认情况下，它会在数组尾部添加一个单独的元素。

1.2 操作案例

假如我们有一个学生成绩的集合studentscore，其文档格式如下：

{ "_id" : 1, "name" : "xiaoming", "score" : [ { "math" : 99, "english" : 89 } ] }
{ "_id" : 2, "name" : "xiaohong", "score" : [ { "math" : 98, "english" : 96 } ] }

其中的需求为，更新_id 为1的文档记录，在分数数组的字段上，添加 物理学的成绩，修改代码为

db.studentscore.update({_id:1},{$push: {score:{"physics":100}}})

修改后，结果查询如下：

{ "_id" : 1, "name" : "xiaoming", "score" : [ { "math" : 99, "english" : 89 }, { "physics" : 100 } ] }
{ "_id" : 2, "name" : "xiaohong", "score" : [ { "math" : 98, "english" : 96 } ] }

 1.3 结合$each修饰符，批量插入

如果一次将多个值添加到数组中，可结合 数组修改符  $each 一起使用。

例如，我们将小红的（_id =2）的物理成绩、化学成绩、生物成绩一起添加到文档中。执行的语句如下：

db.studentscore.update({ _id: 2 },
    {
        $push: {
            score: {
                $each: [{ "physics": 100 }, { "chemistry": 90 }, { "biology": 99 }]
            }

        }
    }
)

查询的结果如下：

{ "_id" : 1, "name" : "xiaoming", "score" : [ { "math" : 99, "english" : 89 }, { "physics" : 100 } ] }
{ "_id" : 2, "name" : "xiaohong", "score" : [ { "math" : 98, "english" : 96 }, { "physics" : 100 }, { "chemistry" : 90 }, { "biology" : 99 } ] }

1.4 数组修饰符 $sort 和 $slice的使用

前面讲了$each 数组运算修饰符，那我们再举一个例子，将剩余的两个修饰符一起讲解了好了（$sort 和 $slice）

例如，我们有文档记录如下：

{
   "_id" : 5,
   "quizzes" : [
      { "wk": 1, "score" : 10 },
      { "wk": 2, "score" : 8 },
      { "wk": 3, "score" : 5 },
      { "wk": 4, "score" : 6 }
   ]
}

现在我们，有个需求，就是 首先向文档的quizzes数组字段，追加三个记录，然后，我们再按照score排序，选取数组中的前三个元素。

db.students.update(
   { _id: 5 },
   {
     $push: {
       quizzes: {
          $each: [ { wk: 5, score: 8 }, { wk: 6, score: 7 }, { wk: 7, score: 6 } ],
          $sort: { score: -1 },
          $slice: 3
       }
     }
   }
)

更新后的结果显示如下：

{
  "_id" : 5,
  "quizzes" : [
     { "wk" : 1, "score" : 10 },
     { "wk" : 2, "score" : 8 },
     { "wk" : 5, "score" : 8 }
  ]
}

 $slice操作修饰符是在MongoDB 2.4 里添加的，其目的是方便管理经常更新的数组。当向数组添加值但是不想数组太大的时候，这个操作符非常有用。它必须与$push、$each操作符一起使用，允许用来剪短数组的大小、删除旧的值。

与$slice操作修饰符很像，MongoDB 2.4 新增了$sort操作修饰符，帮助更新数组。当使用$push和$slice时，有时候要先排序再删除它们。

2. $pop 操作符

2.1 语法及功能描述

$pop操作符可以实现从数组中删除第一个或者是最好一个元素。

{ $pop: { <field>: <-1 | 1>, ... } }

参数为-1 ，代表要删除数组中的第一个元素；参数为1 ，代表要删除数组中的最后一个元素。

2.2 操作案例

例如集合students 中有以下文档：

{ _id: 1, scores: [ 8, 9, 10 ] }

我们的需求是要把数组中的第一个元素（成绩为8）移除，SQL 语句如下：

db.students.update( { _id: 1 }, { $pop: { scores: -1 } } )

更新后，文档如下

{ _id: 1, scores: [ 9, 10 ] }

继续演示，如果在现有的基础上，我们需要进一步把数组的最后一个元素移除（成绩为10），更新的sQL如下：

db.students.update( { _id: 1 }, { $pop: { scores: 1 } } )

查询结果 如下：

{ _id: 1, scores: [ 9 ] }

3. $pull操作符

3.1 语法及功能描述

$pull是$pop的复杂形式。使用$pull,可以通过值精确指定要删除的元素。

语法格式

{ $pull: { <field1>: <value|condition>, <field2>: <value|condition>, ... } }

 3.2 操作案例

3.2.1 移除数组中等于指定值的元素

测试文档如下：

{
   _id: 1,
   fruits: [ "apples", "pears", "oranges", "grapes", "bananas" ],
   vegetables: [ "carrots", "celery", "squash", "carrots" ]
}
{
   _id: 2,
   fruits: [ "plums", "kiwis", "oranges", "bananas", "apples" ],
   vegetables: [ "broccoli", "zucchini", "carrots", "onions" ]
}

操作要求是将 数组字段fruits中的"apples" and "oranges" 移除，还要将vegetables数组字段中的"carrots" 移除，其更新语句如下：

db.stores.update(
    { },
    { $pull: { fruits: { $in: [ "apples", "oranges" ] }, vegetables: "carrots" } },
    { multi: true }
)

更新后的结果如下：

{
  "_id" : 1,
  "fruits" : [ "pears", "grapes", "bananas" ],
  "vegetables" : [ "celery", "squash" ]
}
{
  "_id" : 2,
  "fruits" : [ "plums", "kiwis", "bananas" ],
  "vegetables" : [ "broccoli", "zucchini", "onions" ]
}

 此时，集合文档中，fruit的数组字段 没有apples也没有oranges，vegetables数组字段也没有了carrots。

3.2.2 移除数组中满足指定条件的元素

假如我们有一个 profiles 的集合，其文档格式如下：

{ _id: 1, votes: [ 3, 5, 6, 7, 7, 8 ] }

我们要把votes大于等于6的元素移除，其语句如下：

db.profiles.update( { _id: 1 }, { $pull: { votes: { $gte: 6 } } } )

更新后的结果如下：

{ _id: 1, votes: [  3,  5 ] }

3.2.3 移除数组中内嵌子文档（即此时数组元素是子文档，每一个{}中的内容是一个数组元素）

假设我们有一个关于 调查的集合 survey，其数据如下：

{
   _id: 1,
   results: [
      { item: "A", score: 5 },
      { item: "B", score: 8, comment: "Strongly agree" }
   ]
}
{
   _id: 2,
   results: [
      { item: "C", score: 8, comment: "Strongly agree" },
      { item: "B", score: 4 }
   ]
}

需求是将 score 为 8 并且 item 为 "B"的元素移除

db.survey.update(
  { },
  { $pull: { results: { score: 8 , item: "B" } } },
  { multi: true }
)

更新后的文档如下：

{
   "_id" : 1,
   "results" : [ { "item" : "A", "score" : 5 } ]
}
{
  "_id" : 2,
  "results" : [
      { "item" : "C", "score" : 8, "comment" : "Strongly agree" },
      { "item" : "B", "score" : 4 }
   ]
}

3.2.4 如果数组类型的元素还内嵌一个数组（数组包数组），就要特别小心了。

此时就要用到 $elemMatch操作符。

例如 文档格式如下：

{
   _id: 1,
   results: [
      { item: "A", score: 5, answers: [ { q: 1, a: 4 }, { q: 2, a: 6 } ] },
      { item: "B", score: 8, answers: [ { q: 1, a: 8 }, { q: 2, a: 9 } ] }
   ]
}
{
   _id: 2,
   results: [
      { item: "C", score: 8, answers: [ { q: 1, a: 8 }, { q: 2, a: 7 } ] },
      { item: "B", score: 4, answers: [ { q: 1, a: 0 }, { q: 2, a: 8 } ] }
   ]
}

需要将 results数组字段 移除，移除的条件是 results数组字段中的answers字段，符合  q 为 2 and a 大于等于 8。

db.survey.update(
  { },
  { $pull: { results: { answers: { $elemMatch: { q: 2, a: { $gte: 8 } } } } } },
  { multi: true }
)

更新后的数据如下：

{
   "_id" : 1,
   "results" : [
      { "item" : "A", "score" : 5, "answers" : [ { "q" : 1, "a" : 4 }, { "q" : 2, "a" : 6 } ] }
   ]
}
{
   "_id" : 2,
   "results" : [
      { "item" : "C", "score" : 8, "answers" : [ { "q" : 1, "a" : 8 }, { "q" : 2, "a" : 7 } ] }
   ]
}

4.$addToSet

4.1 语法及功能描述

使用$addToSet也会往数组后面添加值，但是它比较特殊：它只会添加数组里不存在的值。

{ $addToSet: { <field1>: <value1>, ... } }

4.2 操作案例

假如有一个集合 inventory  格式如下

{ _id: 1, item: "polarizing_filter", tags: [ "electronics", "camera" ] }

 我们希望向向字段 tags 数组 ，添加一个元素accessories，则更新语句如下：

db.inventory.update(
   { _id: 1 },
   { $addToSet: { tags: "accessories" } }
)

更新后的结果为 

{ "_id" : 1, "item" : "polarizing_filter", "tags" : [ "electronics", "camera", "accessories" ] }

如果想批量的增加如果元素，我们可以结合 $each 操作符一起使用。

例如以下文档

{ _id: 2, item: "cable", tags: [ "electronics", "supplies" ] }

我们想在字段 tags 数组，添加元素 "camera", "electronics", "accessories"，则更新语句如下：

db.inventory.update(
   { _id: 2 },
   { $addToSet: { tags: { $each: [ "camera", "electronics", "accessories" ] } } }
 )

更新后的结果如下：

{
  _id: 2,
  item: "cable",
  tags: [ "electronics", "supplies", "camera", "accessories" ]
}

4.3 注意点

需要注意是，如果添加的元素是数组格式，则会将新添加的元素保留为数组（将会出现数组嵌套数组）

例如

{ _id: 1, letters: ["a", "b"] }

执行的语句如下：

db.test.update(
   { _id: 1 },
   { $addToSet: {letters: [ "c", "d" ] } }
)

查询结构显示为

{ _id: 1, letters: [ "a", "b", [ "c", "d" ] ] }

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