在實際使用時，必不可少地需要將多個文檔甚至是多個集合彙總到一起計算、分析，MongoDB 提供了原生聚合框架支持這樣的計算、分析。 ...
聚合管道
聚合框架是 MongoDB 中的一組分析工具，可以對一個或多個集合中的文檔進行分析。
MongoDB 的聚合框架基於管道的概念：首先從集合中獲取到輸入，然後將輸入的文檔傳遞到一個或多個階段，每個階段都將之前階段輸出的內容作為輸入，最終得到一個聚合結果作為輸出。
上面的圖是一個比較寬泛的管道流程圖。這裡展示一個 MongoDB 聚合語句映射到管道之後的情況：
在這裡可以看得出，aggregate([{}, {}]) 是一個聚合語句，在函數的數組中，每一個對象都是一個階段，$match 應該就是一個篩選文檔的階段，$group 應該就是一個分組彙總的階段。
管道階段
使用聚合框架最重要的就是熟悉操作的語法，以及將這些語法構建成管道當中的階段。
在 MongoDB 聚合框架中，每一個階段都必須要規定一個特定的階段運算符，這些階段運算符表明瞭階段的執行規則，可以到 官方文檔 上查看更多、更詳細的內容。
常見操作
最常見的操作應該是能與普通查詢語句對應上的操作，如查詢、投影、排序、跳過、限制等等。雖然這些在一個 find() 語句中就能實現。
最常使用的操作就是查詢，也可以說是篩選、過濾，在聚合框架中使用 $match 來表明這是一個篩選文檔的階段。如下是其使用語法：
{ $match: { <query> } }
第二個則是投影，這個階段可以修改輸入文檔的結構，通常是重命名、增加、刪除屬性，也可以通過表達式創建計算結果以及嵌套文檔。如下是其使用語法：
// <field>: <1 or true>
// <field>: <0 or false>
// <field>: <expression>
{ $project: { <specification(s)> } }
排序、跳過、限制都比較容易理解，實際上可以與 find() 結果的游標支持的函數做聯繫。如下是其使用語法：
// 排序
{ $sort: { <field1>: <sort order>, <field2>: <sort order> ... } }
// 跳過
{ $skip: <positive 64-bit integer> }
// 限制
{ $limit: <positive 64-bit integer> }
上述 5 個階段是最常用的階段，在使用時需要註重它們的效率，一般會使用這樣的順序去構建管道：
- 通過篩選語句過濾指定集合，得到符合要求的文檔列表；
- 如果排序非常重要，這一個階段需要在過濾文檔之後；
- 如果需要做分頁功能，應該是先執行跳過的階段，然後再到限制的階段；
- 最後，執行投影階段（進入投影階段的文檔應該儘量少）。
更多操作 - 投影
投影階段一個比較大的作用就是，限制下一步的文檔欄位數量，也就是刪除屬性，如下是使用方式：
// 不返回 _id 欄位
{ $project: { _id: 0 } }
// 不返回指定的 field 欄位
{ $project: { <field>: 0 } }
刪除屬性是黑名單的功能，投影階段也支持白名單的功能，即返回列表內的欄位，如下是使用方式：
// 返回指定的 field 欄位
{ $project: { <field>: 1 } }
前兩個功能是比較好理解的，但投影階段所能做的遠不止如此，還有很多其他的功能（投影階段支持大部分條件組），這裡做個簡單舉例：
// 將 author 嵌套文檔下 last 屬性賦值給 lastName 屬性
{ $project: { lastName: "$author.last" } }
// 上述的功能里，對於嵌套文檔和內嵌數組返回的結果是不一樣的，數組會繼承下來
// 投影支持類似於三元運算的表達式
{ $project: { lastName: {
$cond: {
if: { $eq: [ "", "$author.last" ] },
then: "$$REMOVE",
else: "$author.last",
}
} } }
更多操作 - 展開
在處理數組時，一個比較常見的操作是為數組中的每一個元素形成一個輸出文檔。
一個實際的例子就是，一件衣服在庫存中有 S、M、L 三個尺寸，而這三個尺寸會存儲在同一個數組欄位當中，當我們聚合時想要將這一條文檔展開成三個文檔，一個尺寸對應一個文檔。
// 原始文檔
{
"clothesId": "123456",
"sizeList": ["S", "M", "L"]
}
// 展開後的文檔
{
"clothesId": "123456",
"sizeList": "S"
}
{
"clothesId": "123456",
"sizeList": "M"
}
{
"clothesId": "123456",
"sizeList": "L"
}
聚合過程中，展開階段的語法是：
{ $unwind: <field path> }
// 上述衣服的例子中，可以用以下語句來展開
{ $unwind: "$sizeList" }
更多操作 - 分組
分組是聚合管道中舉足輕重的一個階段，這裡的分組可以看作是 SQL 的 GOURP BY 語句，其能為聚合功能帶來非常大的可能性。
分組階段使用了 $group 運算符，支持使用一個鍵或多個鍵將輸入的文檔進行分組，其語法如下：
{
$group: {
// 分組的標識
_id: <expression>,
<field1>: { <accumulator1> : <expression1> },
...
}
}
其中 _id 是必須的，可以簡單指定分組的鍵，也可以使用條件組做處理後生成自定義鍵。
可選的 <field> 是分組後需要展示的鍵，並且可以指定條件組來決定它們的值是什麼。
尤其是，MongoDB 提供了累加器可以實現複雜的功能，如求和、平均值、最大值、最小值等等。
這裡有個對集合求和的例子，也是最簡單的使用：
{
$group: {
// 對類型進行分組
_id: "type",
// 這裡是求和，一個文檔記作 1 個，即對同類型的文檔進行計數
count: { $sum: 1 },
}
}
更多操作 - 入庫
顧名思義，入庫需要作為管道中最後的階段，將管道生成的文檔寫入集合中。
聚合框架提供了 $out 和 $merge 兩個運算符標識入庫階段，其中 $merge 是在 4.2 版本中引入的。這兩個操作符的語法如下：
// 指定資料庫和集合，會直接覆蓋
{ $out: { db: "<output-db>", coll: "<output-collection>" } }
// 配置更加豐富
{ $merge: {
// 指定資料庫和集合
into: <collection> -or- { db: <db>, coll: <collection> },
// 確定唯一標識與集合中做匹配
on: <identifier field> -or- [ <identifier field1>, ...], // Optional
// 設定變數
let: <variables>, // Optional
// 如果標識存在時處理文檔的方式
whenMatched: <replace|keepExisting|merge|fail|pipeline>, // Optional
// 如果標識不存在時處理文檔的方式
whenNotMatched: <insert|discard|fail> // Optional
} }
如果可以的話，建議使用 $merge 作為寫入集合的首選方式，其功能更多。
當然，其真正的優勢是，可以按照按需生成的物化視圖（materialized view），在管道運行的階段，輸出到集合的內容會進行增量更新。
條件組累加器
在一些階段操作中，MongoDB 支持使用累加器來增強聚合功能，這裡說的累加器泛指求和、平均值、最大值、最小值等功能的操作符。
算術運算
這裡的算術運算不是統稱的四則運算，指的是與數學相關的運算，如平均值、求和等。
$avg 累加器用於計算平均值，通過是直接指定一個鍵名即可，使用 { $avg: "$keyName" } 這樣的語法。
$sum 累加器用於計算指定鍵的和，也是直接指定一個鍵名即可，使用 { $sum: "$keyName" } 這樣的語法。
最值運算
累加器支持的最值包括這些：最小值、最大值、最大的 n 個值。
最小值和最大值的理解都比較容易，使用也比較容易。最小值使用了 { $min: "$keyName" } 這樣的語法，最大值使用了 { $max: "$keyName" } 這樣的語法。
最大的 n 個值是在 5.2 版本新增的累加器，其作用是通過指定輸入的鍵，得到這些鍵值中排序後最大的 n 個值，其語法如下：
{
$maxN: {
// 指定鍵名 input: "$score"
input: <expression>,
// 指定數量 n: 3
n: <expression>
}
}
數組提取
這裡的數組提取指的是提取數組中的某個元素，現在能支持到的就是提取出數組中的前 n 個元素、後 n 個元素。
在這裡可以使用 $first、$firstN、$last、$lastN 這樣的運算符，它們的語法分別如下：
{ $first: <expression> }
{
$firstN: {
input: <expression>,
n: <expression>
}
}
{ $last: <expression> }
{
$lastN: {
input: <expression>,
n: <expression>
}
}
其他運算
除了上述的累加器，聚合框架還有非常多其他的累加器，這裡簡單列一下：
$accumulator: 返回自定義累加器函數的結果$addToSet: 返回一個無重覆值的數組$bottom: 返回指定排序規則後最後 1 個元素$bottomN: 返回指定排序規則後最後 n 個元素$count: 返迴文檔的計數$mergeObjects: 返回合併多個對象之後的結果$push: 返回一個可以有重覆值的數組$stdDevPop: 返回輸入值的總體標準差$stdDevSamp: 返回輸入值的樣本標準差
這些累加器都有各自的用法，使用得當可實現非常強大的數據分析功能，完整的內容可以到 官方文檔 上查看。
