MongoDB排序时内存大小限制与创建索引的注意事项详解

线上服务的MongoDB中有一个很大的表，我查询时使用了sort()根据某个字段进行排序，结果报了下面这个错误：

[Error] Executor error during find command :: caused by :: Sort operation used more than the maximum 33554432 bytes of RAM. Add an index, or specify a smaller limit.
at line 0, column 0

这是个非常常见的MongoDB报错了。因为MongoDB处理排序时，如果排序的字段没有建立索引，会把全表都丢到内存中处理。

If MongoDB cannot use an index or indexes to obtain the sort order, MongoDB must perform a blocking sort operation on the data. A blocking sort indicates that MongoDB must consume and process all input documents to the sort before returning results.

而内存的大小并不是无限使用的，MongoDB的默认设置是32MB。一旦数据量超过32MB，则会报错。

参数internalQueryExecMaxBlockingSortBytes

32MB这个限制是在参数internalQueryExecMaxBlockingSortBytes中控制。你可以在MongoDB的客户端上直接查看这个参数的值，执行以下语句：

db.runCommand({
    getParameter: 1,
    "internalQueryExecMaxBlockingSortBytes": 1
})

返回如下结果：

// 1
{
    "internalQueryExecMaxBlockingSortBytes": NumberInt("33554432"),
    "ok": 1,
    "operationTime": Timestamp(1651142670, 1),
    "$clusterTime": {
        "clusterTime": Timestamp(1651142670, 1),
        "signature": {
            "hash": BinData(0, "X09M2FBji5f+FOwaK/nLTv4+Ybs="),
            "keyId": NumberLong("7080087363631710209")
        }
    }
}

所以解决排序时内存使用超过32MB的问题，有两个方法：

给排序的字段加索引。具体怎么加索引，会在后面细讲。

修改internalQueryExecMaxBlockingSortBytes参数的大小，使用命令如下：

db.adminCommand({
    setParameter: 1,
    internalQueryExecMaxBlockingSortBytes: 104857600
}) 

MongoDB 4.3的internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes

我准备在本地的MongoDB上复现这个问题，于是把这个表直接导入到本地MongoDB中。结果发现排序时并没有报错。使用上面的命令查看internalQueryExecMaxBlockingSortBytes参数的值时，返回如下结果：

[17][ProtocolError] no option found to get

Google了一下，发现了MongoDB的官方网站上的两个相关JIRA。

第一个JIRA [SERVER-44053] Rename setParameter for maximum memory usage of blocking sort - MongoDB Jira里表示，在4.3.1版本时，因为参数命名描述不清楚，所以将参数internalQueryExecMaxBlockingSortBytes改为了internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes。这解释了为什么我执行查询参数的语句时，没有返回结果。

第二个JIRA [SERVER-50767] internalQueryExecMaxBlockingSortBytes causing config exception on mongod load - Mongo中，Comments里提到了，新的internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes参数，默认值从32MB改成了100MB。也许我的这个表使用100MB内存进行排序就够用了，所以没有报错。

所以在4.3以上的版本（本机是5.0.4），执行以下命令：

db.runCommand({
    getParameter: 1,
    "internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes": 1
})

可以看到查询结果：

{
    "internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes": NumberInt("104857600"),
    "ok": 1
}

而服务器上的MongoDB版本为4.0.3，因此是爆出来最上面的问题。

排序字段如何加索引？

这是个很简单的问题，你用哪个字段排序，就对哪个字段加索引就好了。比如我要根据A字段进行排序，则增加A字段的索引。

-- 加索引
db.bigMongoTable.createIndex({
    "A": 1
});
-- 查询
db.bigMongoTable.find({}).sort({
    "A": 1
});

但是如果我改主意了，我要根据A、B两个字段做排序：

db.bigMongoTable.find({}).sort({
    "A": 1,
    "B": 1
});

那么熟悉的报错就又回来了。

是的！机智的MongoDB并不会像我们想的那样，先用上A的索引，从而省点力气。他依旧会把全部的数据丢到内存里排序……

那我再加个B字段的索引吧，毕竟在MongoDB查询的时候，对两个字段分别建单键索引，灵活性比直接建一个复合索引要好一些，而且MongoDB的索引交集也可以让这两个单键索引实现和复合索引一样的效果。

哦，不行哟，还是那个报错。

所以，当多字段排序时，你必须要建一个包含了这些字段的复合索引，且要注意以下几点：

• 查询时参与排序的多个字段的顺序，要和创建的索引每个字段的顺序保持一致。比如你创建的索引是：db.bigMongoTable.createIndex({"A":1,"B":1,"C":1});那么你的排序语句也要按照顺序如下：sort({"A":1,"B":1,"C":1})。如果你调换A和B的顺序，如下：sort({"B":1,"A":1,"C":1})，则索引不会生效。
• 参与查询的字段少于索引的字段，则要保证符合前缀匹配。还是第一点里的索引，如果排序语句是这样：sort({"A":1,"B":1})，则索引继续生效。如果是这样：sort({"A":1,"C":1})，则无法生效。这个你可以理解成和MySQL类似，索引都是按照最左匹配规则去触发的，一条索引的中间部分跳过了就无效了。
• 参与sort的字段的排序方式，要和创建索引时的排序方式保持完全一致，或者完全相反。对于第一点里的索引，如果查询sort({"A":-1,"B":1})或者sort({"A":1,"B":-1})，索引则不会生效。只有在查询sort({"A":1,"B":1})或者sort({"A":-1,"B":-1})时，索引才会生效。

总结

• MongoDB的查询结果在进行排序时，如果排序字段没有添加索引，会将数据全部放到内存中计算。如果数据量过大，超过配置的内存大小，则会报错。
• 4.3版本之前，使用内存的最大值通过参数internalQueryExecMaxBlockingSortBytes控制，默认为32MB。4.3版本之后，通过参数internalQueryMaxBlockingSortMemoryUsageBytes控制。
• 正常的解决方式是添加索引，但是索引要包括全部参与排序的字段，且要遵循前缀匹配策略。