$elemMatch実行時にMongoDBのインデックスは機能しない？explain()での確認方法を解説

MongoDBで$elemMatchを使用したクエリにおいて、インデックスが正しく機能しているかどうかを確認するには、explain()メソッドを活用するのが確実です。この記事では、実際にコレクションとドキュメントを作成し、$elemMatchを実行した際にインデックススキャン（IXSCAN）が使われているかを検証する手順を、具体的なコード例とともに解説します。

1. インデックスの作成とテストデータの投入

まず、createIndex()メソッドを使い、ネストされたフィールド「Information.StudentDetails.StudentName」に対して、sparseオプションとbackgroundオプションを指定したインデックスを作成します。

> db.workingOfIndexesDemo.createIndex({"Information.StudentDetails.StudentName":1},{ sparse : true, background : true } );
{
   "createdCollectionAutomatically" : true,
   "numIndexesBefore" : 1,
   "numIndexesAfter" : 2,
   "ok" : 1
}

続いて、insertOne()メソッドでテスト用のドキュメントを3件登録します。

> db.workingOfIndexesDemo.insertOne({"Information":{"StudentDetails":{"StudentName":"Chris"}}});
{
   "acknowledged" : true,
   "insertedId" : ObjectId("5e06f94825ddae1f53b621f7")
}
> db.workingOfIndexesDemo.insertOne({"Information":{"StudentDetails":{"StudentName":"David"}}});
{
   "acknowledged" : true,
   "insertedId" : ObjectId("5e06f94f25ddae1f53b621f8")
}
> db.workingOfIndexesDemo.insertOne({"Information":{"StudentDetails":{"StudentName":"Mike"}}});
{
   "acknowledged" : true,
   "insertedId" : ObjectId("5e06f95325ddae1f53b621f9")
}

2. 登録済みドキュメントの確認

find()メソッドを使って、コレクション内のすべてのドキュメントを表示してみましょう。

> db.workingOfIndexesDemo.find();

実行結果は以下の通りです。

{ "_id" : ObjectId("5e06f94825ddae1f53b621f7"), "Information" : { "StudentDetails" : { "StudentName" : "Chris" } } }
{ "_id" : ObjectId("5e06f94f25ddae1f53b621f8"), "Information" : { "StudentDetails" : { "StudentName" : "David" } } }
{ "_id" : ObjectId("5e06f95325ddae1f53b621f9"), "Information" : { "StudentDetails" : { "StudentName" : "Mike" } } }

3. $elemMatchとexplain()による実行計画の検証

次に、$elemMatchを含むクエリにexplain()を組み合わせて実行し、インデックスが実際に利用されているかを確認します。

> db.workingOfIndexesDemo.find({"Information.StudentDetails": { $elemMatch: { "StudentName" : "David"} } } ).explain();

実行結果は以下の通りです。

{
   "queryPlanner" : {
      "plannerVersion" : 1,
      "namespace" : "test.workingOfIndexesDemo",
      "indexFilterSet" : false,
      "parsedQuery" : {
         "Information.StudentDetails" : {
            "$elemMatch" : {
               "StudentName" : {
                  "$eq" : "David"
               }
            }
         }
      },
      "winningPlan" : {
         "stage" : "FETCH",
         "filter" : {
            "Information.StudentDetails" : {
               "$elemMatch" : {
                  "StudentName" : {
                     "$eq" : "David"
                  }
               }
            }
         },
         "inputStage" : {
            "stage" : "IXSCAN",
            "keyPattern" : {
               "Information.StudentDetails.StudentName" : 1
            },
            "indexName" : "Information.StudentDetails.StudentName_1",
            "isMultiKey" : false,
            "multiKeyPaths" : {
               "Information.StudentDetails.StudentName" : [ ]
            },
            "isUnique" : false,
            "isSparse" : true,
            "isPartial" : false,
            "indexVersion" : 2,
            "direction" : "forward",
            "indexBounds" : {
               "Information.StudentDetails.StudentName" : [
                  "[\"David\", \"David\"]"
               ]
            }
         }
      },
      "rejectedPlans" : [ ]
   },
   "serverInfo" : {
      "host" : "DESKTOP-QN2RB3H",
      "port" : 27017,
      "version" : "4.0.5",
      "gitVersion" : "3739429dd92b92d1b0ab120911a23d50bf03c412"
   },
   "ok" : 1
}

4. 実行結果の読み方とポイント

explain()の出力からは、次の重要な情報を読み取ることができます。

• inputStageのstageが「IXSCAN」 … コレクションフルスキャン（COLLSCAN）ではなく、インデックススキャンが採用されていることを示します。
• indexNameが「Information.StudentDetails.StudentName_1」 … 作成したインデックスが実際にクエリで使用されていることがわかります。
• indexBoundsが["David", "David"] … クエリ条件に一致する範囲だけをインデックスで精密に絞り込めていることを示します。
• isSparseがtrue … sparseオプション付きで作成したインデックスであることが確認できます。

まとめ

このように、$elemMatchを使用するクエリでも、対象フィールドに適切なインデックスを作成しておけば、実行計画にIXSCANが現れ、インデックスが正しく機能していることを確認できます。「$elemMatchではインデックスが効かないのでは？」という疑問を持ったときは、explain()で実行計画をチェックするのがトラブルシューティングの第一歩です。パフォーマンスの問題を調査する際には、必ずexplain()の結果を確認する習慣をつけましょう。