MongoDB执行计划分析详解

要保证数据库处于高效、稳定的状态，除了良好的硬件基础、高效高可用的数据库架构、贴合业务的数据模型之外，高效的查询语句也是不可少的。那么，如何查看并判断我们的执行计划呢？我们今天就来谈论下MongoDB的执行计划分析。

引子
MongoDB 3.0之后，explain的返回与使用方法与之前版本有了不少变化，介于3.0之后的优秀特色，本文仅针对MongoDB 3.0+的explain进行讨论。

现版本explain有三种模式，分别如下：

queryPlanner

executionStats

allPlansExecution

由于文章字数原因，本系列将分为三个部分。

本文是第一部分，主要针对queryPlanner，与executionStats进行分析。

正文
queryPlanner

queryPlanner是现版本explain的默认模式，queryPlanner模式下并不会去真正进行query语句查询，而是针对query语句进行执行计划分析并选出winning plan。

<code>{
"queryPlanner" : {
"plannerVersion" : 1,
"namespace" : "game_db.game_user",
"indexFilterSet" : false,
"parsedQuery" : {
"w" : {
"$eq" : 1
}
},
"winningPlan" : {
"stage" : "FETCH",
"inputStage" : {
"stage" : "IXSCAN",
"keyPattern" : {
"w" : 1,
"n" : 1
},
"indexName" : "w_1_n_1",
"isMultiKey" : false,
"direction" : "forward",
"indexBounds" : {
"w" : [
"[1.0, 1.0]"
],
"n" : [
"[MinKey, MaxKey]"
]
}
}
},
"rejectedPlans" : [
{
"stage" : "FETCH",
"inputStage" : {
"stage" : "IXSCAN",
"keyPattern" : {
"w" : 1,
"v" : 1
},
"indexName" : "w_1_v_1",
"isMultiKey" : false,
"direction" : "forward",
"indexBounds" : {
"w" : [
"[1.0, 1.0]"
],
"v" : [
"[MinKey, MaxKey]"
]
}
}
}
]
},
</code>
先来看queryPlanner模式的各个返回意义。

explain.queryPlanner

queryPlanner的返回。

explain.queryPlanner.namespace

顾名思义，该值返回的是该query所查询的表。

explain.queryPlanner.indexFilterSet

针对该query是否有indexfilter（会在后文进行详细解释）。

explain.queryPlanner.winningPlan

查询优化器针对该query所返回的最优执行计划的详细内容。

explain.queryPlanner.winningPlan.stage

最优执行计划的stage，这里返回是FETCH，可以理解为通过返回的index位置去检索具体的文档（stage有数个模式，将在后文中进行详解）。

explain.queryPlanner.winningPlan.inputStage

explain.queryPlanner.winningPlan.stage的child stage，此处是IXSCAN，表示进行的是index scanning。

explain.queryPlanner.winningPlan.keyPattern

所扫描的index内容，此处是w:1与n:1。

explain.queryPlanner.winningPlan.indexName

winning plan所选用的index。

explain.queryPlanner.winningPlan.isMultiKey

是否是Multikey，此处返回是false，如果索引建立在array上，此处将是true。

explain.queryPlanner.winningPlan.direction

此query的查询顺序，此处是forward，如果用了.sort({w:-1})将显示backward。

explain.queryPlanner.winningPlan.indexBounds

winningplan所扫描的索引范围，此处查询条件是w:1,使用的index是w与n的联合索引，故w是[1.0,1.0]而n没有指定在查询条件中，故是[MinKey,MaxKey]。

explain.queryPlanner.rejectedPlans

其他执行计划（非最优而被查询优化器reject的）的详细返回，其中具体信息与winningPlan的返回中意义相同，故不在此赘述。

executionStats

executionStats的返回中多了如下：

<code> "executionStats" : {
"executionSuccess" : true,
"nReturned" : 29861,
"executionTimeMillis" : 23079,
"totalKeysExamined" : 29861,
"totalDocsExamined" : 29861,
"executionStages" : {
"stage" : "FETCH",
"nReturned" : 29861,
"executionTimeMillisEstimate" : 22685,
"works" : 29862,
"advanced" : 29861,
"needTime" : 0,
"needFetch" : 0,
"saveState" : 946,
"restoreState" : 946,
"isEOF" : 1,
"invalidates" : 0,
"docsExamined" : 29861,
"alreadyHasObj" : 0,
"inputStage" : {
"stage" : "IXSCAN",
"nReturned" : 29861,
"executionTimeMillisEstimate" : 70,
"works" : 29862,
"advanced" : 29861,
"needTime" : 0,
"needFetch" : 0,
"saveState" : 946,
"restoreState" : 946,
"isEOF" : 1,
"invalidates" : 0,
"keyPattern" : {
"w" : 1,
"n" : 1
},
"indexName" : "w_1_n_1",
"isMultiKey" : false,
"direction" : "forward",
"indexBounds" : {
"w" : [
"[1.0, 1.0]"
],
"n" : [
"[MinKey, MaxKey]"
]
},
"keysExamined" : 29861,
"dupsTested" : 0,
"dupsDropped" : 0,
"seenInvalidated" : 0,
"matchTested" : 0
}
}
},
</code>
executionStats模式中，我们主要需要注意的返回有如下几个

executionStats.executionSuccess

是否执行成功

executionStats.nReturned

查询的返回条数

executionStats.executionTimeMillis

整体执行时间

executionStats.totalKeysExamined

索引扫描次数

executionStats.totalDocsExamined

document扫描次数

以上几个非常好理解，我们就不在这里详述，后文的案例中会有分析。

executionStats.executionStages.stage

这里是FETCH去扫描对于documents

executionStats.executionStages.nReturned

由于是FETCH，所以这里该值与executionStats.nReturned一致

executionStats.executionStages.docsExamined

与executionStats.totalDocsExamined一致

executionStats.inputStage中的与上述理解方式相同

还有一些文档中没有描述的返回如：

“works” : 29862,

“advanced” : 29861,

“isEOF” : 1,

这些值都会在explan之初初始化：

mongo/src/mongo/db/exec/plan_stats.h

<code>struct CommonStats {
CommonStats(const char* type)
: stageTypeStr(type),
works(0),
yields(0),
unyields(0),
invalidates(0),
advanced(0),
needTime(0),
needYield(0),
executionTimeMillis(0),
isEOF(false) {}
</code>
以works为例，查看源码中发现，每次操作会加1，且会把执行时间记录在executionTimeMillis中。

mongo/src/mongo/db/exec/fetch.cpp

<code> ++_commonStats.works;

// Adds the amount of time taken by work() to executionTimeMillis.
ScopedTimer timer(&_commonStats.executionTimeMillis);
</code>
而在查询结束EOF，works又会加1，advanced不加。

mongo/src/mongo/db/exec/eof.cpp

<code>PlanStage::StageState EOFStage::work(WorkingSetID* out) {
++_commonStats.works;
// Adds the amount of time taken by work() to executionTimeMillis.
ScopedTimer timer(&_commonStats.executionTimeMillis);
return PlanStage::IS_EOF;
}
</code>
故正常的返回works会比nReturned多1，这时候isEOF为true（1）：

mongo/src/mongo/db/exec/eof.cpp

<code>bool EOFStage::isEOF() {
return true;
}

unique_ptr<PlanStageStats> EOFStage::getStats() {
_commonStats.isEOF = isEOF();
return make_unique<PlanStageStats>(_commonStats, STAGE_EOF);
}

</code>
advanced的返回值在命中的时候+1，在skip,eof的时候不会增加如：

mongo/src/mongo/db/exec/skip.cpp

<code>if (PlanStage::ADVANCED == status) {
// If we're still skipping results...
if (_toSkip > 0) {
// ...drop the result.
--_toSkip;
_ws->free(id);
++_commonStats.needTime;
return PlanStage::NEED_TIME;
}

*out = id;
++_commonStats.advanced;
return PlanStage::ADVANCED;
</code>