MongoDB如何查询实现 笛卡尔积,Union All 和Union 功能

此篇文章及以后的文章大部分都是从聚合管道(aggregation pipeline)的一些语法为基础讲解的,如果不理解聚合管道的话,可以先学习一下会比较容易理解.
可以参考 mongoDB Documentation 的 Pipeline Aggregaion Stages.

何为Union All 和 Union

Union All指令的目的是将两个结果放在一起并且不管是否有重复,Union指令则把结果合并且去掉重复结果.

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SQL中的实现Union All

在sql中,我们可以很简单的就实现 Union All 的效果.比如在sql中,我们的数据是

tableA	id	type	tableB	id	type
	1	OPEN		1	OPEN
	2	CLOSE		2	ISSUE
	3	REJECT		3	VOID
	4	REQUEST

我们在sql中 Union All 的写法是:

select a.type as type from tableA a Union All select b.type from tableB b;

得到的结果是:

type

OPEN

CLOSE

REJECT

REQUEST

OPEN

ISSUE

VOID

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MongoDB 的语法实现

在MongoDB中,对于给我们表联结相关使用的函数,有aggregate中的$lookup函数,
参照我们的官方例子,我们很容易就能理解$lookup函数的作用,相当于我们在sql里面的表联结,如:

select a.*,b.* from tableA a,tableB as b where a._id = b.tableAId;

在$lookup函数中,有以下参数为必填:

• from: <collection to join>, //等价于上面的 tableB
• localField: <field from the input documents>, // 等价于上面的 a._id
• foreignField: <field from the documents of the "from" collection>, //等价于上面的 b.tableAId
• as: <output array field> // 等价于上面as后面的 b

那么如何使用联结作用的函数来实现Union All 的作用呢?其实很简单,在上面的4个参数里面,localField 和 foreignField 是必填的,但是在mongo里面,我们可以填写一个无效的field(不存在表里面的field)来实现我们的效果

我们的测试数据如下:

1.  
   tableA
2.  
   {"_id":"1","type":"OPEN"}
3.  
   {"_id":"2","type":"CLOSE"}
4.  
   {"_id":"3","type":"REJECT"}
5.  
   {"_id":"4","type":"REQUECT"}
6.  
   tableB
7.  
   {"_id":"1","type":"OPEN"}
8.  
   {"_id":"2","type":"ISSUE"}
9.  
   {"_id":"3","type":"VOID"}

---

1. 实现笛卡尔积

首先我们写的查询语句如下,将localField 和 foreignField随便填写一个String语句,只要是不在表里面存在的field即可

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $lookup:{
4.  
   from:"tableB",
5.  
   localField:"invalidField",
6.  
   foreignField:"testField",
7.  
   as:"tableB"
8.  
   }
9.  
   }
10.  
    ])

查询结果:

_id	type	tableB
1	OPEN	[3 elements]
1	CLOSE	[3 elements]
1	REJECT	[3 elements]
1	REQUEST	[3 elements]

在MongoDB里面,field的判断是空等于空的,value的判断空是不等于空的. 两个等于空的field去比较,相当于 在sql 里面 where 1=1 的写法.

可以看到,我们tableA的每一条记录都匹配到了tableB的3个元素(所有数据),此时只要我们将tableB的记录 $unwind出来,就实现了笛卡尔积的效果了.

$unwind语法如下:

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $lookup:{
4.  
   from:"tableB",
5.  
   localField:"invalidField",
6.  
   foreignField:"testField",
7.  
   as:"tableB"
8.  
   }
9.  
   },
10.  
    {
11.  
    $unwind:{
12.  
    path:"$tableB"
13.  
    }
14.  
    },
15.  
    {
16.  
    $project:{
17.  
    _id:1,
18.  
    type:1,
19.  
    tableBId:"$tableB._id",
20.  
    tableBType:"$tableB.type"
21.  
     
22.  
    }
23.  
    }
24.  
    ])

等价于sql语句:

1.  
   select a.id,a.type,b.id as tableId,b.type as tableBType from
2.  
   tableA a,tableB b
3.  
   where 1=1;

查询结果可以自行测试

---

2. 实现Union

在MongoDB里面,有一个$setUnion的函数,$setUnion函数被union的参数必需是数组,
在我们tableA lookup tableB之后返回来的结果,tableB已经是一个一个数组了,但是我们的tableA的type是一个字符串值,所以我们需要先将tableA的内容先转为数组,才能进行union.

All operands of $setUnion must be arrays.

将tableA里面的所有记录转为一个数组需要用到$gourp函数里面的$push功能.
查询语法如下:

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $group:{
4.  
   _id:"any",
5.  
   tableA:{
6.  
   $push: "$$ROOT"
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   }
10.  
    ])

查询结果:

_id	tableA
any	[4 elements]

因为$gourp函数里面的_id属性是必选的,但是这里我们不用到,所以填任意字符串或者null都可以.使用$push之后,tableA的所有记录,都被push到了我们命名为tableA的数组里面,
此时我们在$lookup tableB看看结果如何.
查询语法如下:

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $group:{
4.  
   _id:"any",
5.  
   typeArray:{
6.  
   $push: "$$ROOT"
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   },
10.  
    {
11.  
    $lookup:{
12.  
    from:"tableB",
13.  
    localField:"invalidField",
14.  
    foreignField:"testField",
15.  
    as:"tableB"
16.  
    }
17.  
    }
18.  
    ])

查询结果:

_id	tableA	tableB
any	[4 elements]	[3 elements]

可以看到,我们的tableA,和tableB的结果都变成了数组,此时我们已经可以使用$setUnion函数去实现我们的Union效果了

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $group:{
4.  
   _id:"any",
5.  
   tableA:{
6.  
   $push: "$$ROOT"
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   },
10.  
    {
11.  
    $lookup:{
12.  
    from:"tableB",
13.  
    localField:"invalidField",
14.  
    foreignField:"testField",
15.  
    as:"tableB"
16.  
    }
17.  
    },
18.  
    {
19.  
    $project:{
20.  
    _id:0,
21.  
    allValue:{
22.  
    $setUnion:["$tableA","$tableB"]
23.  
    }
24.  
    }
25.  
    }
26.  
    ])

查询结果:

allValue

[6 elements]

此处只有6个元素在数组里面,已经把重复的去掉了,可以说我们的Union效果已经实现,之后在把结果用$unwind展开即可.
查询语法如下:

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $group:{
4.  
   _id:"any",
5.  
   tableA:{
6.  
   $push: "$$ROOT"
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   },
10.  
    {
11.  
    $lookup:{
12.  
    from:"tableB",
13.  
    localField:"invalidField",
14.  
    foreignField:"testField",
15.  
    as:"tableB"
16.  
    }
17.  
    },
18.  
    {
19.  
    $project:{
20.  
    _id:0,
21.  
    allValue:{
22.  
    $setUnion:["$tableA","$tableB"]
23.  
    }
24.  
    }
25.  
    },
26.  
    {
27.  
    $unwind:{
28.  
    path:"$allValue"
29.  
    }
30.  
    },
31.  
    {
32.  
    $project:{
33.  
    _id:0,
34.  
    type:"$allValue.type"
35.  
     
36.  
    }
37.  
    },
38.  
     
39.  
    ])

3. 实现Union All

实现Union All 的原理与union 的类似,我们可以在把tableA push 成一个数组前,新增一个field,或者只push type,那么在union的时候,因为table A 和 table B field 数量不一致,那么永远不会合并成一行,因为它们任意一行都是不一样的.
查询语法如下:

1.  
   db.tableA.aggregate([
2.  
   {
3.  
   $group:{
4.  
   _id:"any",
5.  
   tableA:{
6.  
   $push: {type:"$type"}
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   },
10.  
    {
11.  
    $lookup:{
12.  
    from:"tableB",
13.  
    localField:"invalidField",
14.  
    foreignField:"testField",
15.  
    as:"tableB"
16.  
    }
17.  
    },
18.  
    {
19.  
    $project:{
20.  
    _id:0,
21.  
    allValue:{
22.  
    $setUnion:["$tableA","$tableB"]
23.  
    }
24.  
    }
25.  
    },
26.  
    {$unwind:"$allValue"},
27.  
    {
28.  
    $project:{
29.  
    _id:0,
30.  
    type:"$allValue.type"
31.  
     
32.  
    }
33.  
    }
34.  
    ])

Union All 的结果,可以通过group的方式去重来变成 Union 的效果. $group函数在此就不再细讲,可以参考官网.

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总结

在我们的MongoDB官方文档里面介绍了一些函数的基本语法,但是功能方面比较Oracle等传统关系型数据库来说还是比较少的,因为一些如本文讲的Union等这些功能,只能根据现有的功能去实现.
而在官网和网上现有的资料里面,是没有实现Union这些功能的介绍的,因此写下了这篇文档

作者：yongaliang
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来源：简书
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