Learn
MongoDB/05-update-operators

更新操作符

MongoDB 的更新不是「读出来改完写回去」，而是把「怎么改」描述成一份指令发给服务端，由服务端原地执行。这带来两个好处：单文档内的多个修改是原子的，而且不需要传输整个文档。这一章把指令集学全。

1. 更新命令的通用形态

db.collection.updateOne(filter, update, options)
db.collection.updateMany(filter, update, options)
db.collection.replaceOne(filter, replacement, options)
db.collection.findOneAndUpdate(filter, update, options)
db.collection.bulkWrite([...])

update 参数必须由更新操作符构成。常用 options：

选项含义
upsert没匹配到就插入一条新文档
arrayFilters配合 $[标识符] 精确定位数组元素
returnDocument仅 findAndModify 系列，取 "before" 或 "after"
collation排序规则，影响字符串比较
hint强制使用某个索引

2. 字段更新操作符

2.1 $set 与 $unset

db.users.updateOne(
  { username: "alice" },
  {
    $set: {
      "profile.city": "Hangzhou",
      "profile.company": "Acme",     // 不存在的字段会被创建
      updatedAt: new Date()
    },
    $unset: { tempToken: "" }        // 值随便写，只看键名
  }
)
{ "acknowledged": true, "matchedCount": 1, "modifiedCount": 1, "upsertedId": null }

$set 用点号路径可以精确修改内嵌文档的某一个字段，不会覆盖兄弟字段——这一点极其重要：

// 只改 city，bio 保留
db.users.updateOne({ username: "alice" }, { $set: { "profile.city": "Hangzhou" } })
 
// 危险！整个 profile 被替换，bio 丢失
db.users.updateOne({ username: "alice" }, { $set: { profile: { city: "Hangzhou" } } })
⚠️改内嵌文档一定要用点号路径

把整个内嵌对象赋值是「静默丢字段」的头号来源。写代码时如果对象来自前端 JSON，务必逐字段展开成点号路径，或者用 $set 配合显式白名单。

2.2 数值操作符

db.posts.updateOne({ _id: 1 }, { $inc: { "stats.views": 1 } })      // 加 1
db.posts.updateOne({ _id: 1 }, { $inc: { "stats.likes": -1 } })     // 减 1
db.products.updateOne({ sku: "A1" }, { $mul: { price: 1.1 } })      // 涨价 10%
db.sensors.updateOne({ _id: 1 }, { $min: { lowest: 3.2 } })         // 仅当新值更小才写
db.sensors.updateOne({ _id: 1 }, { $max: { highest: 9.8 } })        // 仅当新值更大才写

$inc 是原子的，这意味着一万个并发请求给同一篇帖子的浏览数加一，最终结果一定是准确的一万——不需要事务，不需要乐观锁。这是 MongoDB 最实用的特性之一。

$min / $max 常用于维护「历史最低价」「峰值 QPS」这类字段，省掉一次读取判断。

2.3 $rename 与 $currentDate

// 字段改名，常用于 schema 演进
db.users.updateMany({}, { $rename: { "profile.bio": "profile.description" } })
 
// 写入当前时间，服务端时钟，避免客户端时钟不准
db.users.updateOne({ _id: 1 }, { $currentDate: { lastLogin: true } })
db.users.updateOne({ _id: 1 }, { $currentDate: { lastSeen: { $type: "timestamp" } } })

2.4 $setOnInsert

只在 upsert 真的插入新文档时生效，更新已有文档时被忽略：

db.counters.updateOne(
  { name: "post_view", date: "2024-06-01" },
  {
    $inc: { count: 1 },
    $setOnInsert: { createdAt: new Date(), version: 1 }
  },
  { upsert: true }
)

第一次执行会创建文档并带上 createdAt；后续执行只累加 count，createdAt 保持首次的值。这是实现「创建时间不被覆盖」的标准写法。

3. 数组更新操作符

数组是文档模型的核心，MongoDB 为它准备了一整套原地修改指令。先建一份数据：

db.posts.insertOne({
  _id: 100,
  title: "MongoDB 数组更新",
  tags: ["mongodb"],
  comments: [
    { cid: 1, author: "alice", body: "好文", likes: 3, status: "visible" },
    { cid: 2, author: "bob",   body: "一般", likes: 0, status: "visible" },
    { cid: 3, author: "carol", body: "广告", likes: 0, status: "visible" }
  ]
})

3.1 $push 与它的修饰符

// 追加一个元素
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $push: { tags: "tutorial" } })
 
// 追加多个（注意必须配 $each，否则会把数组整个作为一个元素塞进去）
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $push: { tags: { $each: ["index", "perf"] } } })

$push 支持四个修饰符，组合起来能实现「维护一个有序的 Top N 列表」：

// 维护最近 10 条评论，按点赞数倒序，只保留前 10
db.posts.updateOne(
  { _id: 100 },
  {
    $push: {
      comments: {
        $each: [ { cid: 4, author: "dave", body: "赞", likes: 0 } ],
        $sort: { likes: -1 },
        $slice: 10
      }
    }
  }
)
 
// 插到数组头部
db.posts.updateOne(
  { _id: 100 },
  { $push: { recent: { $each: ["x"], $position: 0, $slice: 20 } } }
)
修饰符作用
$each一次追加多个元素
$slice追加后截断数组；正数保留前 N，负数保留后 N
$sort追加后排序
$position指定插入位置，0 表示头部
💡$each + $slice 是「最近 N 条」的标准实现

做「最近浏览记录」「最新 20 条动态」这类需求，不需要另开集合再分页查询，一条 $push 就能维护一个定长有序数组。第 12 章的子集模式（subset pattern）正是基于此。

3.2 $addToSet：去重追加

db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $addToSet: { tags: "mongodb" } })
{ "acknowledged": true, "matchedCount": 1, "modifiedCount": 0 }

modifiedCount: 0 说明元素已存在，没有重复添加。用 $addToSet 维护标签、权限、点赞用户列表，可以省掉应用层的去重逻辑。

多个元素同样要配 $each：

db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $addToSet: { tags: { $each: ["a", "b"] } } })
⚠️$addToSet 对内嵌文档的比较是「整体深度相等」

如果数组元素是文档，$addToSet 会比较整个子文档的所有字段且字段顺序也要一致。想按业务主键去重（比如按 cid），$addToSet 帮不了你，需要先用 filter 排除已存在的情况，或者改用带条件的 upsert。

3.3 $pull / $pullAll / $pop

// 按条件删除元素
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pull: { tags: "perf" } })
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pull: { comments: { author: "carol" } } })
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pull: { comments: { likes: { $lt: 1 } } } })
 
// 删除指定的多个值
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pullAll: { tags: ["a", "b"] } })
 
// 弹出头尾
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pop: { tags: 1 } })    //  1 = 删最后一个
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $pop: { tags: -1 } })   // -1 = 删第一个

$pull 的条件语法就是查询语法，所以可以任意复杂。这比「读出数组、在应用里过滤、整体写回」安全得多——后者在并发下会丢失其他人的写入。

3.4 定位符：修改数组中的某个元素

这是数组更新最难的部分，一共有三种定位符。

第一种：$ 位置定位符，匹配 filter 中第一个命中的元素：

db.posts.updateOne(
  { _id: 100, "comments.cid": 2 },
  { $set: { "comments.$.body": "已修改", "comments.$.status": "edited" } }
)

$ 代表「filter 里匹配到的那个下标」。注意它只改第一个匹配，而且 filter 里必须包含对该数组的条件，否则报错。

第二种：$[] 全元素定位符，改数组里的所有元素：

// 所有评论点赞数清零
db.posts.updateOne({ _id: 100 }, { $set: { "comments.$[].likes": 0 } })

第三种：$[标识符] 配合 arrayFilters，按条件精确定位多个元素（3.6+，最强大）：

// 把所有 likes 为 0 的评论标记为 cold
db.posts.updateOne(
  { _id: 100 },
  { $set: { "comments.$[elem].status": "cold" } },
  { arrayFilters: [ { "elem.likes": { $lte: 0 } } ] }
)
{ "acknowledged": true, "matchedCount": 1, "modifiedCount": 1 }

三者对比：

写法影响范围条件来源版本
$第一个匹配元素查询 filter全版本
$[]所有元素无条件3.6+
$[elem]所有满足 arrayFilters 的元素arrayFilters3.6+

多层嵌套数组也支持：

// posts 里每条 comment 下面还有 replies
db.posts.updateOne(
  { _id: 100 },
  { $set: { "comments.$[c].replies.$[r].hidden": true } },
  { arrayFilters: [ { "c.cid": 2 }, { "r.spam": true } ] }
)
⚠️$ 定位符只改第一个，这几乎总是 bug 来源

如果有三条评论都是 bob 写的，{ "comments.author": "bob" } 配 $ 只会改第一条。需要全部修改时必须用 arrayFilters。写更新语句前先问自己：「可能匹配到几个元素？」

4. upsert 的完整语义

db.users.updateOne(
  { username: "frank", "profile.city": "Chengdu" },
  { $set: { email: "frank@example.com" }, $setOnInsert: { createdAt: new Date() } },
  { upsert: true }
)

如果没匹配到，插入的新文档由三部分合成：

  filter 里的等值条件         { username: "frank", profile: { city: "Chengdu" } }
        +
  $set 的内容                { email: "frank@example.com" }
        +
  $setOnInsert 的内容        { createdAt: <当前时间> }
        =
  最终插入的文档

注意 filter 里的非等值条件不会进入新文档。如果 filter 是 { age: { $gt: 18 } }，新文档里不会有 age 字段。

⚠️并发 upsert 需要唯一索引兜底

两个请求同时 upsert 同一个 key，可能都判断为「不存在」，从而插入两条。MongoDB 的解决方案是：给 filter 涉及的字段建唯一索引，这样其中一个会因为 E11000 失败，驱动开启 retryWrites 后会自动重试成更新。没有唯一索引的 upsert 在高并发下一定会产生重复数据。

5. findAndModify 系列

db.tasks.findOneAndUpdate(
  { status: "pending" },
  { $set: { status: "processing", worker: "w-01", startedAt: new Date() } },
  { sort: { priority: -1, createdAt: 1 }, returnDocument: "after" }
)
{
  "_id": ObjectId("665f1a2b3c4d5e6f70819230"),
  "status": "processing",
  "worker": "w-01",
  "priority": 5,
  "startedAt": ISODate("2024-06-04T10:00:00Z")
}

这一条命令完成了「找到优先级最高的待处理任务、原子地标记为处理中、并返回它」。多个 worker 并发执行也不会取到同一个任务——这就是用 MongoDB 实现简易任务队列的核心。

同系列还有：

db.tasks.findOneAndReplace(filter, replacement, options)
db.tasks.findOneAndDelete(filter, options)
💡returnDocument 默认是 before

新手常见困惑是「我明明 inc 了，返回值却没变」。因为默认返回的是更新前的文档。想拿新值必须显式写 returnDocument: "after"。

6. 聚合管道形式的更新（4.2+）

当更新逻辑需要引用文档自身的字段时，普通操作符不够用，可以把 update 参数写成一个管道数组：

db.posts.updateMany(
  {},
  [
    { $set: { score: { $add: [ { $multiply: ["$stats.likes", 3] }, "$stats.views" ] } } },
    { $set: { level: { $cond: [ { $gte: ["$score", 1000] }, "hot", "normal" ] } } }
  ]
)

这在数据迁移、字段派生时非常高效——不需要把数据读到应用层再写回。

// 把字符串类型的 views 批量转成整数
db.posts.updateMany(
  { views: { $type: "string" } },
  [ { $set: { views: { $toInt: "$views" } } } ]
)
⚠️管道更新的性能代价

管道更新对每个文档都要跑一遍表达式求值，比 $set 慢得多。批量迁移大集合时记得分批执行（配合 _id 范围），并观察复制延迟，否则可能把 secondary 拖垮。

7. bulkWrite：混合批量操作

db.users.bulkWrite([
  { insertOne: { document: { username: "grace", age: 30 } } },
  { updateOne: { filter: { username: "alice" }, update: { $inc: { "stats.posts": 1 } } } },
  { updateMany: { filter: { age: { $lt: 18 } }, update: { $set: { minor: true } } } },
  { deleteOne: { filter: { username: "typo" } } },
  { replaceOne: { filter: { username: "bob" }, replacement: { username: "bob", age: 35 } } }
], { ordered: false })
{
  "acknowledged": true,
  "insertedCount": 1,
  "matchedCount": 3,
  "modifiedCount": 3,
  "deletedCount": 1,
  "upsertedCount": 0
}

bulkWrite 把多个操作打包成一次网络往返，是批处理场景的性能关键。同样支持 ordered: false 来并行执行。

8. 操作符速查表

操作符类别一句话说明
$set / $unset字段设置 / 删除字段
$inc / $mul数值原子加减 / 乘
$min / $max数值更小 / 更大时才写
$rename字段改字段名
$currentDate字段写服务端当前时间
$setOnInsertupsert仅插入时生效
$push数组追加元素
$addToSet数组去重追加
$pull / $pullAll数组按条件 / 按值删除
$pop数组删首 / 删尾
$ / $[] / $[elem]数组定位要修改的元素
🎯练习

用本章的 _id: 100 文档完成：一、给帖子追加三个标签，并保证不重复；二、把评论按点赞数倒序排列并只保留前 2 条；三、用 arrayFilters 把所有 likes 小于 1 且作者不是 alice 的评论 status 改成 hidden，然后解释为什么这里不能用 $ 定位符；四、写一个 upsert，实现「每天每篇帖子的 PV 计数」，要求 createdAt 只在首次写入；五、用管道形式的更新，给每篇帖子加一个 tagCount 字段等于 tags 数组的长度。

小结

  • 更新是「发送指令」而非「读改写」，单文档内的多个修改天然原子
  • 改内嵌文档必须用点号路径，整体赋值会静默丢失兄弟字段
  • $inc 的原子性让高并发计数器无需加锁
  • $push 配 $each / $sort / $slice 可维护定长有序数组
  • 数组元素定位有三种：$ 只改第一个、$[] 改全部、$[elem] 配 arrayFilters 按条件改
  • upsert 必须配唯一索引，否则并发下会产生重复文档
  • findOneAndUpdate 提供「原子取任务」语义，bulkWrite 减少网络往返
  • 下一章讲投影、排序与分页，把读取侧补完 →