过滤 MongoDB 集合

介绍

在本实验中，你将学习如何使用多种查询技术有效地过滤 MongoDB 集合。实验内容涵盖应用多个条件、使用比较运算符、匹配正则表达式、检查字段是否存在以及查找空值。这些技能对于查询和操作 MongoDB 中的数据至关重要，使你能够从数据库中提取精确且相关的信息。通过逐步的指导和实际示例，你将掌握 MongoDB 查询的基础知识。

Skills Graph

应用多个条件

在这一步中，你将学习如何在查询 MongoDB 集合时应用多个条件。多个条件允许你创建更精确和复杂的查询，从而有效地过滤数据。

首先，打开终端并启动 MongoDB shell：

mongosh

现在，让我们创建一个学生样本集合来演示多条件查询：

use school_database

db.students.insertMany([
    { name: "Alice", age: 22, grade: "A", major: "Computer Science" },
    { name: "Bob", age: 20, grade: "B", major: "Mathematics" },
    { name: "Charlie", age: 25, grade: "A", major: "Physics" },
    { name: "David", age: 19, grade: "C", major: "Computer Science" }
])

让我们探索如何使用 $and 运算符应用多个条件。这允许我们指定必须同时满足的多个条件：

db.students.find({
  $and: [{ age: { $gte: 20 } }, { grade: "A" }]
});

此查询将返回年龄在 20 岁及以上且成绩为 "A" 的学生。让我们分解这些条件：

• $gte 表示“大于或等于”
• $and 确保两个条件都必须满足

你应该会看到类似以下的输出：

[
  {
    _id: ObjectId("..."),
    name: 'Alice',
    age: 22,
    grade: 'A',
    major: 'Computer Science'
  },
  {
    _id: ObjectId("..."),
    name: 'Charlie',
    age: 25,
    grade: 'A',
    major: 'Physics'
  }
]

我们还可以使用 $or 运算符来查找满足至少一个条件的文档：

db.students.find({
  $or: [{ major: "Computer Science" }, { age: { $lt: 21 } }]
});

此查询将返回主修计算机科学或年龄在 21 岁以下的学生。

• $lt 表示“小于”

结果将包括像 David（21 岁以下）以及 Alice 和 David（主修计算机科学）的学生。

使用比较运算符

在这一步中，你将学习 MongoDB 的比较运算符，这些运算符可以帮助你创建更复杂的查询，以根据不同的条件过滤数据。

首先，确保你已进入 MongoDB shell：

mongosh

让我们继续使用上一步中的 school_database。如果你已经关闭了 shell，请重新创建学生集合：

use school_database

db.students.insertMany([
    { name: "Alice", age: 22, grade: "A", major: "Computer Science", credits: 45 },
    { name: "Bob", age: 20, grade: "B", major: "Mathematics", credits: 35 },
    { name: "Charlie", age: 25, grade: "A", major: "Physics", credits: 50 },
    { name: "David", age: 19, grade: "C", major: "Computer Science", credits: 25 }
])

MongoDB 提供了强大的比较运算符，帮助你精确地过滤数据。让我们探索一些关键运算符：

1. 大于 ($gt) 和小于 ($lt)：

db.students.find({ age: { $gt: 20, $lt: 25 } });

此查询查找年龄大于 20 但小于 25 的学生。在我们的示例中，这将返回 Alice。

2. 大于或等于 ($gte) 和小于或等于 ($lte)：

db.students.find({ credits: { $gte: 40, $lte: 50 } });

此查询查找学分在 40 到 50 之间（包括 40 和 50）的学生。这将返回 Alice 和 Charlie。

3. 不等于 ($ne)：

db.students.find({ grade: { $ne: "C" } });

此查询返回成绩不为 "C" 的学生，即 Alice、Bob 和 Charlie。

让我们分解这些运算符：

• $gt：大于
• $lt：小于
• $gte：大于或等于
• $lte：小于或等于
• $ne：不等于

每个查询都展示了使用比较运算符精确过滤数据的不同方式。

匹配正则表达式

在这一步中，你将学习如何在 MongoDB 中使用正则表达式（regex）在集合中执行灵活且强大的文本搜索。

首先，确保你已进入 MongoDB shell：

mongosh

让我们继续使用 school_database 并添加一些更多样化的数据：

use school_database

db.students.insertMany([
    { name: "Alice Johnson", age: 22, major: "Computer Science", email: "[email protected]" },
    { name: "Bob Smith", age: 20, major: "Mathematics", email: "[email protected]" },
    { name: "Charlie Brown", age: 25, major: "Physics", email: "[email protected]" },
    { name: "David Lee", age: 19, major: "Computer Engineering", email: "[email protected]" }
])

MongoDB 中的正则表达式允许你执行复杂的文本搜索。让我们探索不同的正则表达式模式：

1. 查找以特定字母开头的名字：

db.students.find({ name: { $regex: "^A" } });

此查询查找名字以 "A" 开头的学生。^ 符号表示“以...开头”。

2. 查找来自特定域名的电子邮件：

db.students.find({ email: { $regex: "@example.com$" } });

此查询查找电子邮件地址以 "@example.com" 结尾的学生。$ 符号表示“以...结尾”。

3. 不区分大小写的正则表达式搜索：

db.students.find({ name: { $regex: "johnson", $options: "i" } });

此查询查找包含 "johnson" 的名字，不区分大小写。$options: "i" 使搜索不区分大小写。

4. 部分匹配：

db.students.find({ major: { $regex: "Computer" } });

此查询查找专业中包含 "Computer" 的学生。

正则表达式模式提供了强大的数据搜索和过滤方式：

• ^：以...开头
• $：以...结尾
• $options: "i"：不区分大小写的匹配
• 部分匹配不需要特殊符号

检查字段是否存在

在这一步中，你将学习如何使用强大的运算符检查 MongoDB 文档中字段的存在性，从而根据字段的存在与否过滤集合。

首先，确保你已进入 MongoDB shell：

mongosh

让我们创建一个包含不同结构文档的集合，以演示字段存在性检查：

use school_database

db.students.insertMany([
    { name: "Alice Johnson", age: 22, major: "Computer Science", scholarship: 1000 },
    { name: "Bob Smith", age: 20, major: "Mathematics" },
    { name: "Charlie Brown", age: 25, major: "Physics", internship: "Research Lab" },
    { name: "David Lee", age: 19, contact: { phone: "555-1234" } }
])

MongoDB 提供了 $exists 运算符来检查字段是否存在：

1. 查找包含特定字段的文档：

db.students.find({ scholarship: { $exists: true } });

此查询返回具有奖学金字段的学生。在我们的示例中，这将返回 Alice 的文档。

2. 查找不包含特定字段的文档：

db.students.find({ internship: { $exists: false } });

此查询返回没有实习字段的学生，包括 Alice、Bob 和 David。

3. 将 $exists 与嵌套字段检查结合使用：

db.students.find({
  contact: { $exists: true },
  "contact.phone": { $exists: true }
});

此查询查找具有联系字段且该字段包含电话子字段的文档，这将匹配 David 的文档。

关于字段存在性的关键点：

• $exists: true 检查字段是否存在
• $exists: false 检查字段是否不存在
• 你可以创建复杂的查询来检查嵌套字段的存在性

查找 Null 值

在这一步中，你将学习如何在 MongoDB 中查找和处理 null 值，并理解 null、undefined 和缺失字段之间的区别。

首先，确保你已进入 MongoDB shell：

mongosh

让我们创建一个包含 null 和 undefined 值的文档集合：

use school_database

db.students.insertMany([
    { name: "Alice Johnson", age: 22, email: null },
    { name: "Bob Smith", age: null, major: "Mathematics" },
    { name: "Charlie Brown", age: 25, phone: undefined },
    { name: "David Lee", contact: { email: null } }
])

MongoDB 提供了特定的方法来查询 null 和 undefined 值：

1. 查找包含 null 值的文档：

db.students.find({ email: null });

此查询返回 email 字段显式设置为 null 的文档。在我们的示例中，这将返回 Alice 的文档。

2. 查找包含 null 字段的文档：

db.students.find({ age: null });

此查询查找 age 字段为 null 的文档。这将返回 Bob 的文档。

3. 检查嵌套文档中的 null 值：

db.students.find({ "contact.email": null });

此查询查找嵌套的 contact 对象中 email 为 null 的文档，这将匹配 David 的文档。

4. 区分 null 和缺失字段：

db.students.find({
  $and: [{ phone: null }, { phone: { $exists: true } }]
});

此查询查找 phone 字段存在且为 null 的文档。在我们的示例中，这将不会返回任何文档。

关于 null 值的关键点：

• null 表示有意缺失任何对象值
• 与 undefined 不同，后者表示变量尚未赋值
• 使用 $exists 检查字段是否存在
• 注意嵌套文档的查询

总结

在本实验中，你学习了如何在查询 MongoDB 集合时使用 $and 和 $or 运算符应用多个条件。这使你能够创建更精确和复杂的查询，从而有效地过滤数据。你还探索了各种比较运算符，例如 $gte（大于或等于）和 $lt（小于），以优化搜索条件。此外，你了解了如何匹配正则表达式、检查字段是否存在以及查找 MongoDB 集合中的 null 值，这些工具为你提供了强大的能力，能够有效地过滤和检索所需的数据。