常用聚合阶段（$match、$project、$group、$sort等）

MongoDB的聚合管道是一种强大的数据处理工具，通过将多个阶段（stage）串联起来，可以对集合中的文档进行复杂的转换和分析。聚合阶段是管道的核心组成部分，每个阶段对输入文档进行处理，并将结果传递给下一个阶段。以下是几种常用的聚合阶段及其典型用法。

$match

$match 是聚合管道中常用的筛选阶段，类似于查询中的 find 方法。它允许我们根据条件过滤文档，只将符合条件的文档传递到下一个阶段。$match 应尽量放在管道的早期，以减少后续阶段需要处理的数据量。

db.orders.aggregate([
  { $match: { status: "completed", total: { $gt: 100 } } }
])

这个例子筛选出 status 为 "completed" 且 total 大于 100 的订单。$match 支持所有常规查询操作符，如 $eq、$gt、$in 等。

$project

$project 用于重塑文档结构，可以包含、排除字段，或创建新的计算字段。它是聚合管道中最灵活的阶段之一，常用于数据投影和转换。

db.users.aggregate([
  {
    $project: {
      name: 1,
      email: 1,
      yearOfBirth: { $year: "$birthDate" },
      fullName: { $concat: ["$firstName", " ", "$lastName"] }
    }
  }
])

这个例子从 users 集合中提取 name 和 email 字段，同时计算 yearOfBirth 和拼接 fullName。$project 还支持条件表达式（如 $cond）和数组操作（如 $slice）。

$group

$group 是聚合的核心阶段，用于按指定字段分组并计算聚合值。它可以与 $sum、$avg、$max、$min 等累加器配合使用。

db.sales.aggregate([
  {
    $group: {
      _id: "$product",
      totalSold: { $sum: "$quantity" },
      averagePrice: { $avg: "$price" },
      maxQuantity: { $max: "$quantity" }
    }
  }
])

这个例子按 product 分组，计算每种产品的总销量、平均价格和最大单笔销量。$group 的 _id 字段决定了分组依据，可以是单个字段、多个字段的组合或计算表达式。

$sort

$sort 对文档进行排序，可以指定一个或多个字段，并控制升序（1）或降序（-1）。它通常出现在管道的后期，用于最终结果的排序。

db.employees.aggregate([
  { $sort: { department: 1, salary: -1 } }
])

这个例子先按 department 升序排列，再按 salary 降序排列。$sort 会消耗较多内存，尤其是在处理大量数据时，可能需要增加 allowDiskUse 选项。

$limit 和 $skip

$limit 限制输出文档数量，$skip 跳过指定数量的文档。它们通常配合使用实现分页功能。

db.products.aggregate([
  { $skip: 20 },
  { $limit: 10 }
])

这个例子跳过前 20 个文档，返回接下来的 10 个文档。注意 $skip 和 $limit 的顺序会影响结果。

$unwind

$unwind 展开数组字段，为数组中的每个元素创建一个单独的文档。它是处理数组数据的必备工具。

db.blogPosts.aggregate([
  { $unwind: "$comments" }
])

这个例子将 comments 数组展开，每个评论生成一个独立的文档。$unwind 还可以配合 preserveNullAndEmptyArrays 选项处理空数组或缺失字段的情况。

$lookup

$lookup 实现类似 SQL 的左连接（left outer join），可以从其他集合中查询并合并数据。

db.orders.aggregate([
  {
    $lookup: {
      from: "products",
      localField: "productId",
      foreignField: "_id",
      as: "productDetails"
    }
  }
])

这个例子将 orders 与 products 集合连接，通过 productId 匹配，结果存储在 productDetails 数组中。$lookup 还支持管道形式的复杂连接操作。

$addFields 和 $set

$addFields 和 $set（MongoDB 4.2+）用于添加新字段或修改现有字段，而不改变其他字段。它们比 $project 更简洁，适合增量修改。

db.students.aggregate([
  {
    $addFields: {
      finalGrade: { $avg: ["$test1", "$test2", "$test3"] },
      passed: { $gte: [{ $avg: ["$test1", "$test2", "$test3"] }, 60] }
    }
  }
])

这个例子计算平均分并添加是否及格的标志。$set 是 $addFields 的别名，功能完全相同。

$count

$count 返回管道中当前文档的数量，通常用于统计结果集的大小。

db.customers.aggregate([
  { $match: { city: "New York" } },
  { $count: "nyCustomers" }
])

这个例子统计纽约客户的数量，结果形式为 { nyCustomers: 123 }。$count 是 $group 和 $project 组合的快捷方式。

$facet

$facet 允许在单个聚合管道中执行多个子管道，生成多组结果。它非常适合需要同时计算多种聚合指标的场景。

db.sales.aggregate([
  {
    $facet: {
      "totalSales": [{ $group: { _id: null, total: { $sum: "$amount" } } }],
      "topProducts": [
        { $group: { _id: "$product", count: { $sum: 1 } } },
        { $sort: { count: -1 } },
        { $limit: 5 }
      ],
      "monthlyTrend": [
        { $project: { month: { $month: "$date" } } },
        { $group: { _id: "$month", count: { $sum: 1 } } }
      ]
    }
  }
])

这个例子同时计算总销售额、最畅销的5个产品和月度销售趋势。$facet 的输出是一个文档，包含所有子管道的结果。

$bucket 和 $bucketAuto

$bucket 和 $bucketAuto 将文档分组到指定的范围区间（桶）中。$bucket 需要明确指定边界，而 $bucketAuto 自动确定边界。

db.products.aggregate([
  {
    $bucket: {
      groupBy: "$price",
      boundaries: [0, 50, 100, 200, 500],
      default: "Other",
      output: {
        count: { $sum: 1 },
        averagePrice: { $avg: "$price" }
      }
    }
  }
])

这个例子按价格区间分组产品，统计每个区间的产品数量和平均价格。$bucketAuto 在不确定数据分布时特别有用。

$graphLookup

$graphLookup 实现递归查询，常用于处理树形或图状数据，如组织结构、社交网络等。

db.employees.aggregate([
  {
    $graphLookup: {
      from: "employees",
      startWith: "$reportsTo",
      connectFromField: "reportsTo",
      connectToField: "_id",
      as: "managementChain",
      maxDepth: 3
    }
  }
])

这个例子查找每个员工的管理链（向上3级）。$graphLookup 支持深度控制（maxDepth）和条件过滤（restrictSearchWithMatch）。

$merge 和 $out

$merge（MongoDB 4.2+）和 $out 将聚合结果写入集合。$out 完全替换目标集合，而 $merge 提供更灵活的写入选项（合并、替换、保留等）。

db.sales.aggregate([
  { $group: { _id: "$product", total: { $sum: "$amount" } } },
  { $merge: { into: "productTotals", on: "_id", whenMatched: "merge" } }
])

这个例子计算产品总销售额，并将结果合并到 productTotals 集合中。$merge 支持复杂的冲突处理策略。