MongoDBのexplain()でクエリプランを読み解く：db.collection.find()と正規表検索の実践解説

MongoDBでは、explain()メソッドを使用することで、クエリがどのように実行されるかを示すクエリプランの詳細情報を確認できます。本記事では、サンプルコレクションを作成し、正規表現を使ったfind()クエリの実行プランを2つのケースに分けて解説します。

準備：コレクションの作成とドキュメントの挿入

まず、ClientNameフィールドにインデックスを作成したうえで、テスト用コレクションdemo637にドキュメントを挿入します。

> db.demo637.ensureIndex({ClientName:1});
{
    "createdCollectionAutomatically" : true,
    "numIndexesBefore" : 1,
    "numIndexesAfter" : 2,
    "ok" : 1
}
> db.demo637.insert({ClientName:"John"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.demo637.insert({ClientName:"Bob"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.demo637.insert({ClientName:"Johnson"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })

find()メソッドですべてのドキュメントを表示して確認しましょう。

> db.demo637.find();

実行結果は以下のとおりです。

{ "_id" : ObjectId("5e9c26916c954c74be91e6db"), "ClientName" : "John" }
{ "_id" : ObjectId("5e9c26936c954c74be91e6dc"), "ClientName" : "Bob" }
{ "_id" : ObjectId("5e9c269d6c954c74be91e6dd"), "ClientName" : "Johnson" }

ケース1：部分一致の正規表現「/john/」でクエリを実行

まずは、文字列の途中にもマッチする正規表現/john/でクエリを実行し、explain()でプランを確認します。

> db.demo637.find({ClientName:/john/}).explain();

出力結果は以下のとおりです。

{
    "queryPlanner" : {
        "plannerVersion" : 1,
        "namespace" : "test.demo637",
        "indexFilterSet" : false,
        "parsedQuery" : {
            "ClientName" : {
                "$regex" : "john"
            }
        },
        "winningPlan" : {
            "stage" : "FETCH",
            "inputStage" : {
                "stage" : "IXSCAN",
                "filter" : {
                    "ClientName" : {
                        "$regex" : "john"
                    }
                },
                "keyPattern" : {
                    "ClientName" : 1
                },
                "indexName" : "ClientName_1",
                "isMultiKey" : false,
                "multiKeyPaths" : {
                    "ClientName" : [ ]
                },
                "isUnique" : false,
                "isSparse" : false,
                "isPartial" : false,
                "indexVersion" : 2,
                "direction" : "forward",
                "indexBounds" : {
                    "ClientName" : [
                        "[\"\", {})",
                        "[/john/, /john/]"
                    ]
                }
            }
        },
        "rejectedPlans" : [ ]
    },
    "serverInfo" : {
        "host" : "DESKTOP-QN2RB3H",
        "port" : 27017,
        "version" : "4.0.5",
        "gitVersion" : "3739429dd92b92d1b0ab120911a23d50bf03c412"
    },
    "ok" : 1
}

このケースでは、winningPlanとしてFETCHステージとその内部でIXSCAN(インデックススキャン)が選択されています。ただし、indexBoundsを見ると範囲が["", {})となっており、インデックス全体を対象とした広い走査になっている点に注目してください。前方一致ではないため、インデックスによる絞り込み効果は限定的です。

ケース2：前方一致の正規表現「/^john/」でクエリを実行

次に、先頭固定(アンカー付き)の正規表現/^john/でクエリを実行します。

> db.demo637.find({ClientName:/^john/}).explain();

出力結果は以下のとおりです。

{
    "queryPlanner" : {
        "plannerVersion" : 1,
        "namespace" : "test.demo637",
        "indexFilterSet" : false,
        "parsedQuery" : {
            "ClientName" : {
                "$regex" : "^john"
            }
        },
        "winningPlan" : {
            "stage" : "FETCH",
            "inputStage" : {
                "stage" : "IXSCAN",
                "keyPattern" : {
                    "ClientName" : 1
                },
                "indexName" : "ClientName_1",
                "isMultiKey" : false,
                "multiKeyPaths" : {
                    "ClientName" : [ ]
                },
                "isUnique" : false,
                "isSparse" : false,
                "isPartial" : false,
                "indexVersion" : 2,
                "direction" : "forward",
                "indexBounds" : {
                    "ClientName" : [
                        "[\"john\", \"joho\")",
                        "[/^john/, /^john/]"
                    ]
                }
            }
        },
        "rejectedPlans" : [ ]
    },
    "serverInfo" : {
        "host" : "DESKTOP-QN2RB3H",
        "port" : 27017,
        "version" : "4.0.5",
        "gitVersion" : "3739429dd92b92d1b0ab120911a23d50bf03c412"
    },
    "ok" : 1
}

両ケースの違いとパフォーマンス上のポイント

ケース2の出力で注目すべきはindexBoundsの内容です。["john", "joho")という範囲が指定されており、MongoDBが「john」から「joho」直前までのインデックス範囲だけを効率的に走査していることがわかります。これは、正規表現が^で先頭固定されているため、Bツリーインデックスの順序性を利用した範囲絞り込み(prefix bounds)が可能になったからです。

一方、ケース1のような中間一致の正規表現では範囲を特定できないため、インデックススキャン自体は行われるものの、実質的にインデックス全体を確認することになります。大規模なコレクションで正規表現検索を行う場合は、可能な限り^による前方一致を活用することで、クエリパフォーマンスを大幅に改善できます。

このように、explain()の出力にあるqueryPlanner・winningPlan・indexBoundsなどの項目を読み解くことで、クエリがインデックスをどれほど有効に活用しているかを正確に把握できます。クエリチューニングの第一歩として、ぜひ活用してみてください。