Индексы MongoDB: создание и лучшие практики

Сеть взаимосвязанных жёстких дисков серверов

Что такое индексы в MongoDB?

Индекс — это вспомогательная структура данных, которая ускоряет поиск и сортировку в коллекции. Он позволяет выделить поля документа как ключи для запросов. MongoDB автоматически создаёт индекс по полю _id при создании коллекции. Остальные индексы вы добавляете вручную в зависимости от нагрузки и паттернов запросов.

Коротко: индекс уменьшает объём данных, которые нужно просканировать при выполнении запроса. Уникальные индексы предотвращают вставку дубликатов по указанному полю (например, username или email).

Пример: без индекса вы сортируете и фильтруете явно:

db.collectionName.find({age: {$gt: 50}}).sort({date: -1})

Если у вас есть индекс по полю date, отсортированный по убыванию, то сортировку не нужно указывать в запросе:

db.collectionName.find({age: {$gt: 50}})

Это снижает стоимость выполнения и часто уменьшает потребление памяти и I/O.

Как создать индекс в MongoDB

Создавать индексы удобно из mongo shell, драйвера или инструментов управления. Перед созданием индекса убедитесь, что у вас есть база данных и коллекция.

Синтаксис базовый:

db.collectionName.createIndex({поле: 1})

Значение 1 означает сортировку по возрастанию, -1 — по убыванию.

Примеры:

db.userCollection.createIndex({age: -1})

db.userCollection.createIndex({age: 1})

MongoDB создаёт имя индекса автоматически, если вы его не задаёте. Для читаемости и управления лучше явно указывать имя.

Создание одиночного индекса

Выберите базу и создайте индекс по одному полю. Пример:

use MUO

db.collectionName.createIndex({username: -1})

Индекс username будет храниться в порядке убывания; при соответствующих запросах MongoDB сможет использовать этот порядок.

Multikey индекс

Multikey индекс индексирует массивы и вложенные поля внутри документов. Если поле содержит массив значений, MongoDB создаёт индекс по каждому элементу массива.

Пример индексирования вложенного поля height внутри массива user:

db.customers.createIndex({"user.height": 1})

Если user — массив объектов, multikey индекс позволяет эффективно искать документы по любому значению height внутри массива.

Составной индекс

Составной (compound) индекс объединяет несколько полей. Порядок полей в индексе важен — он влияет на то, какие запросы индекс сможет покрыть.

db.customer.createIndex({address: 1, products: 1})

Чтобы задать собственное имя индекса:

db.customers.createIndex({location: 1, products: 1, weight: -1}, {name: "myCompoundIndex"})

Просмотр всех индексов в коллекции

db.collectionName.getIndexes()

Команда вернёт список всех индексов и их параметров.

Когда индексы не помогают

Запросы, которые сканируют большую часть коллекции по неиндексированному полю, всё равно будут медленными.
Частые обновления полей, задействованных в индексе, увеличивают накладные расходы на запись: индекс нужно обновлять при каждой записи/обновлении/удалении.
Если у вас маленькая коллекция, индексирование может не дать выигрыша и только добавит сложность.

Важно оценивать соотношение чтений и записей: при очень высоком числе записей добавление индекса может ухудшить общую производительность.

Альтернативные и смежные подходы

Денормализация: дублируйте часто запрашиваемые поля в отдельных коллекциях для ускорения чтений.
Использование агрегатных выражений и предрасчётов (materialized views / агрегационные коллекции).
Полнотекстовый поиск (text index) для поисковых сценариев по строкам.
TTL-индексы для автоматического удаления устаревших документов.

Ментальные модели и эвристики

Правило 80/20: индексируйте поля, которые участвуют в 80% тяжёлых запросов.
Объём индекса часто меньше, чем объём всей коллекции; ориентируйтесь на селективность поля (чем уникальнее значения, тем полезнее индекс).
Для составных индексов порядок важен: ставьте наиболее селективное поле первым, если запросы фильтруют по нескольким полям.

Практический чек-лист для разработчика и DBA

Разработчик:

Проанализировать медленные запросы (explain, profiler).
Предложить индекс с учётом паттернов запросов.
Тестировать на staging-окружении.

DBA / DevOps:

Оценить влияние индекса на записи и диск.
Создавать индекс в часы малого трафика или использовать background/online создание (в зависимости от версии MongoDB).
Мониторить размер индекса и использование памяти.

Критерии приёмки

Запросы из списка целевых стали выполняться быстрее при том же объёме данных.
Нагрузка на CPU и I/O не возросла критически для остальных операций.
Создание индекса прошло без ошибок и не нарушило целостность данных.
Тесты интеграции и нагрузки прошли успешно.

Important: всегда прогоняйте explain() для проверяемых запросов, чтобы убедиться, что MongoDB использует ожидаемый индекс.

Мини‑руководство: как добавить индекс без простоя (общие шаги)

Проанализируйте запросы и выберите кандидата на индекс.
Создайте индекс на тестовом окружении и прогоните нагрузочные тесты.
На production создайте индекс в фоне (если поддерживается) или в окне низкой нагрузки.
Мониторьте метрики: latency, page fault, index size.
При необходимости откатите (dropIndex) и вернитесь к шагу 1.

Пример создания индекса с именем и в фоне (версия MongoDB должна поддерживать):

db.collection.createIndex({email: 1}, {name: "email_idx", background: true})

Таблица команд быстрого доступа

Действие	Команда
Создать индекс	db.collection.createIndex({поле: 1})
Создать составной индекс	db.collection.createIndex({a:1, b:-1})
Посмотреть индексы	db.collection.getIndexes()
Удалить индекс	db.collection.dropIndex(“имя_индекса”)

Частые ошибки и как их избегать

Создание индекса по полю с низкой селективностью (например, булево поле) — почти всегда бесполезно.
Не проверять план запроса (explain) после добавления индекса.
Игнорирование накладных расходов на запись: индексы усложняют каждую операцию записи.

Краткая сводка

Индексы — обязательный инструмент оптимизации MongoDB. Они ускоряют выборки и сортировки, позволяют реализовать уникальные ограничения и гибко работать с вложенными структурами через multikey. Подходите к созданию индексов осознанно: анализируйте запросы, тестируйте на копиях данных и мониторьте влияние на запись и хранилище.

Summary:

Выбирайте индексы по реальным нагрузкам.
Порядок полей в составном индексе важен.
Тестируйте и мониторьте до и после создания.

Notes: при добавлении индекса на production учитывайте версию MongoDB и возможности online/foreground создания индекса. Всегда держите резервную стратегию отката.