MongoDB 是一种非常流行的 NoSQL 数据库，由于其性能和可扩展性，越来越多的企业和开发者选择它作为应用程序的后端数据存储。MongoDB 中的索引是数据查询和分析的重要组成部分。但是，在实际使用中，我们可能会遇到 MongoDB 索引失效的情况，也称为索引萎缩。本文将详细讨论 MongoDB 索引萎缩的原因以及解决方案。
什么是 MongoDB 索引萎缩？
在 MongoDB 中，每个集合都有一个或多个索引，以便在查询时提高性能。索引是一种数据结构，它允许 MongoDB 在少量时间内找到匹配某个查询条件的文档。但是，如果索引不运行正常，查询将非常缓慢。这就是索引萎缩的定义。
当索引返回的文档太多时，MongoDB 将停止使用索引，并开始扫描整个集合来满足查询条件。这显然会导致查询性能下降。如果你仔细观察 MongoDB 的日志，你会发现一些警告消息，例如：
Plan executor error during find command :: caused by :: Cursor exceeded memory limit of 104857600 bytes
另一个常见的失效信息是：
IXSCAN cursor killed for ns: <collection>. See http://dochub.mongodb.org/core/cursor-killed for more information
这些警告消息提示出现了索引失效的情况。
MongoDB 索引失效的原因
理解索引失效的原因是解决问题的关键。下面是一些常见的索引失效原因。
索引过期
在 MongoDB 中，索引中存储的数据可能会因文档增删改而失效。如果更新过程中没有及时重建索引，那么索引就会过期。这就是为什么我们在应用程序中经常需要手动重建索引。
索引碎片
在 MongoDB 中，更新操作被解释为添加新文档和删除旧文档。当查询在集合中执行时，这些文档就会留下空洞。这些空间被称为碎片。如果有太多的碎片，它可能会使索引失效。
块不匹配
MongoDB 索引是建立在块之上的。每个块存储多个文档，查询通过块而不是文档进行操作。但是，在某些情况下，块中的文档不会匹配查询条件，特别是当查询条件使用不是块的主键或头几个键时。这将导致 MongoDB 无法使用索引，从而使查询大大减慢。
数据过期
MongoDB 中的文档和索引都有一个超时属性，即 Time To Live (TTL)。当文档或索引的 TTL 过期时，MongoDB 将不再使用它们。TTL 索引主要用于临时数据（如会话和日志）。如果 TTL 索引失效，那么 MongoDB 将不会删除这些临时数据，这会导致磁盘空间不足和查询性能下降。
MongoDB 索引失效的解决方案
针对不同的索引失效原因，我们需要采取相应的措施。
重建索引
如果索引过期，我们需要手动重建索引。可以使用 ensureIndex 命令来重建索引。如果需要重建索引的集合很大，可以使用 background 选项来让索引在后台重新构建。下面是一个示例代码：
db.collection.ensureIndex({field: 1}, {background: true})压缩碎片
如果有太多的碎片，我们需要压缩碎片以保持索引的有效性。compact 命令可以用于压缩碎片。但是，请注意，压缩碎片会阻塞写操作。下面是一个示例代码：
db.collection.runCommand({compact: 'collection', force: true})添加辅助索引
如果块不匹配，我们需要在原始索引上添加辅助索引，以便在查询时使用。下面是一个示例代码：
db.collection.ensureIndex({field1: 1, field2: 1})开启 TCMalloc
在较旧的版本中，MongoDB 使用标准的 malloc 库实现内存管理。这种方法会导致内存碎片并影响性能。因此，MongoDB 推荐使用 TCMalloc 库。可以通过在启动命令中设置 --malloc 选项来开启 TCMalloc。
mongod --malloc=TCMalloc
如果使用基于容器的部署，可以在容器配置文件中使用环境变量来开启 TCMalloc。
env: LD_PRELOAD: /usr/lib/libtcmalloc.so.4
总结
MongoDB 索引失效会导致查询性能下降，这是任何 MongoDB 应用程序都需要避免的问题。在本文中，我们详细讨论了索引失效的原因，并提供了相应的解决方案。如果你正在处理 MongoDB 索引失效问题，请尝试这些解决方案，以便提高你的查询性能！
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