2025년 10월 30일 작성

MongoDB Wildcard Index - 동적 Field를 위한 유연한 색인

Wildcard Index는 미리 알 수 없는 field나 nested document의 모든 field를 자동으로 indexing합니다.

Wildcard Index : 동적 Field를 자동으로 Indexing

  • wildcard index는 document의 모든 field 또는 특정 경로의 모든 하위 field를 자동으로 indexing합니다.
    • field 이름을 미리 알 수 없거나 자주 변경되는 schema에 유용합니다.
  • MongoDB 4.2 version부터 지원되는 기능입니다.
    • 동적 schema와 nested document를 다루는 현대적인 application에 최적화되어 있습니다.
  • wildcard index는 $** 기호를 사용하여 생성합니다.

Wildcard Index의 필요성

  • 전통적인 index는 명시적으로 지정한 field에만 작동하지만, wildcard index는 동적 field를 자동으로 처리합니다.

동적 Schema 지원

  • document마다 다른 field를 가지는 경우 모든 가능한 field에 대해 개별 index를 만들 수 없습니다.
    • wildcard index는 모든 field를 자동으로 indexing합니다.
// 각 사용자가 다른 custom field를 가지는 경우
{
    userId: 1,
    name: "Alice",
    customFields: {
        department: "Engineering",
        location: "Seoul"
    }
}

{
    userId: 2,
    name: "Bob",
    customFields: {
        team: "Sales",
        region: "Asia"
    }
}

// customFields의 모든 하위 field를 indexing
db.users.createIndex({ "customFields.$**": 1 });

Nested Document 처리

  • 깊게 중첩된 document의 모든 field를 검색해야 하는 경우 유용합니다.
    • 각 nested field마다 index를 만드는 대신 wildcard index 하나로 처리할 수 있습니다.
// 복잡한 nested structure
{
    product: "Laptop",
    specs: {
        processor: {
            brand: "Intel",
            model: "i7",
            cores: 8
        },
        memory: {
            size: 16,
            type: "DDR4"
        }
    }
}

// specs의 모든 nested field를 자동으로 indexing
db.products.createIndex({ "specs.$**": 1 });

빠른 개발과 Prototype

  • schema가 아직 확정되지 않은 개발 초기 단계에서 유용합니다.
    • field를 추가할 때마다 index를 만들 필요가 없습니다.
  • product와 user research를 위한 빠른 prototype 개발에 적합합니다.

Wildcard Index 생성

  • wildcard index는 다양한 방식으로 생성할 수 있습니다.

전체 Document에 대한 Wildcard Index

// 모든 field를 indexing (_id 제외)
db.collection.createIndex({ "$**": 1 });
  • collection의 모든 field가 자동으로 index에 포함됩니다.
    • 새로운 field가 추가되어도 별도 작업 없이 index가 적용됩니다.
  • 매우 유연하지만 저장 공간을 많이 사용할 수 있습니다.

특정 경로에 대한 Wildcard Index

// attributes의 모든 하위 field를 indexing
db.products.createIndex({ "attributes.$**": 1 });

// address의 모든 nested field를 indexing
db.customers.createIndex({ "address.$**": 1 });
  • 특정 경로 아래의 모든 field만 indexing하여 저장 공간을 절약합니다.

Array 내부의 Wildcard Index

// tags array의 각 요소 내부 field를 모두 indexing
db.articles.createIndex({ "tags.$**": 1 });

// document 예시
{
    title: "MongoDB Guide",
    tags: [
        { category: "database", priority: "high" },
        { category: "nosql", priority: "medium" }
    ]
}

// 검색 가능
db.articles.find({ "tags.category": "database" });
db.articles.find({ "tags.priority": "high" });
  • array의 각 요소가 object인 경우, 내부의 모든 field가 자동으로 indexing됩니다.

Wildcard Index 옵션

  • wildcard index 생성 시 포함하거나 제외할 field를 지정할 수 있습니다.

wildcardProjection으로 Field 선택

// 특정 field만 포함
db.collection.createIndex(
    { "$**": 1 },
    {
        wildcardProjection: {
            fieldA: 1,
            fieldB: 1
        }
    }
);

// 특정 field만 제외
db.collection.createIndex(
    { "$**": 1 },
    {
        wildcardProjection: {
            sensitiveField: 0,
            temporaryField: 0
        }
    }
);
  • 1은 포함, 0은 제외를 의미합니다.
    • 포함과 제외를 동시에 사용할 수 없습니다.

Nested Field 선택

// user.profile의 모든 field는 포함하되, user.credentials는 제외
db.users.createIndex(
    { "$**": 1 },
    {
        wildcardProjection: {
            "user.profile": 1,
            "user.credentials": 0
        }
    }
);
  • nested field의 경로를 dot notation으로 지정합니다.

Wildcard Index 사용

  • wildcard index는 일반 index와 동일하게 query에서 자동으로 사용됩니다.

단일 Field Query

// wildcard index 생성
db.products.createIndex({ "attributes.$**": 1 });

// 자동으로 index 사용
db.products.find({ "attributes.color": "red" });
db.products.find({ "attributes.size": "large" });
db.products.find({ "attributes.brand.name": "Apple" });
  • field 이름이 무엇이든 wildcard index가 자동으로 적용됩니다.

Query 제약사항

  • wildcard index는 하나의 query에서 하나의 field만 사용할 수 있습니다.
// wildcard index 사용됨 (단일 field)
db.products.find({ "attributes.color": "red" });

// wildcard index 사용 안 됨 (여러 wildcard field)
db.products.find({
    "attributes.color": "red",
    "attributes.size": "large"
});
  • 여러 field를 함께 검색하는 경우 compound index를 사용해야 합니다.

Compound Wildcard Index 불가

  • wildcard index는 다른 field와 compound index를 만들 수 없습니다.
// 불가능
db.collection.createIndex({ category: 1, "attributes.$**": 1 });
  • wildcard index는 항상 단독으로 생성해야 합니다.

Wildcard Index vs 일반 Index

  • wildcard index와 일반 index를 비교하여 적절한 선택을 할 수 있습니다.

장점

  • 유연성 : field를 미리 알 필요가 없습니다.
    • 동적 schema에 자동으로 대응합니다.

  • 유지 보수 감소 : field가 추가되어도 index를 수동으로 관리할 필요가 없습니다.

  • 빠른 개발 : schema 설계 초기 단계에서 빠르게 prototype을 만들 수 있습니다.

단점

  • 저장 공간 : 모든 field가 indexing되므로 저장 공간이 많이 필요합니다.

  • Write 성능 : 여러 field가 index에 포함되어 insert/update 성능이 저하될 수 있습니다.

  • Query 제약 : 여러 wildcard field를 동시에 사용하는 compound query를 지원하지 않습니다.

  • 정렬 제약 : wildcard index는 정렬 작업에 사용될 수 없습니다.

선택 기준

상황 권장 Index
field가 사전에 정의되고 고정됨 일반 Index
schema가 동적이거나 자주 변경됨 Wildcard Index
여러 field를 함께 검색함 Compound Index
특정 field만 검색함 Single Field Index
모든 field를 유연하게 검색함 Wildcard Index

Wildcard Index 활용 사례

  • wildcard index는 특정 use case에서 매우 효과적입니다.

사용자 정의 속성 (Custom Attributes)

// 각 상품마다 다른 속성을 가지는 e-commerce
{
    productId: "P001",
    name: "Smartphone",
    customAttrs: {
        screenSize: "6.5 inch",
        battery: "4000mAh",
        camera: "48MP"
    }
}

{
    productId: "P002",
    name: "Book",
    customAttrs: {
        author: "John Doe",
        pages: 350,
        publisher: "ABC Press"
    }
}

// 모든 custom attribute 검색 가능
db.products.createIndex({ "customAttrs.$**": 1 });
  • 상품 category마다 완전히 다른 속성을 가지는 경우에 적합합니다.

IoT Sensor Data

// 각 sensor가 다른 측정값을 전송하는 경우
{
    sensorId: "S001",
    timestamp: ISODate("2025-10-30"),
    readings: {
        temperature: 25.5,
        humidity: 60,
        pressure: 1013
    }
}

{
    sensorId: "S002",
    timestamp: ISODate("2025-10-30"),
    readings: {
        vibration: 0.05,
        noise: 45,
        rotation: 1200
    }
}

// 모든 sensor reading을 검색 가능
db.sensorData.createIndex({ "readings.$**": 1 });
  • sensor 종류마다 다른 측정값을 가지는 IoT system에 유용합니다.

Multi-tenant Application

// tenant마다 다른 설정을 가지는 경우
{
    tenantId: "T001",
    settings: {
        theme: "dark",
        language: "ko",
        notifications: true
    }
}

{
    tenantId: "T002",
    settings: {
        currency: "USD",
        timezone: "EST",
        dateFormat: "MM/DD/YYYY"
    }
}

// 모든 setting을 검색 가능
db.tenants.createIndex({ "settings.$**": 1 });
  • tenant마다 완전히 다른 설정 항목을 가지는 SaaS application에 적합합니다.

Metadata와 Tag

// 자유로운 metadata를 가지는 file system
{
    fileId: "F001",
    name: "report.pdf",
    metadata: {
        author: "Alice",
        department: "Sales",
        quarter: "Q4"
    }
}

// metadata의 모든 field를 검색 가능
db.files.createIndex({ "metadata.$**": 1 });
  • 사용자가 자유롭게 정의하는 metadata나 tag system에 유용합니다.

Wildcard Index 성능 최적화

  • wildcard index를 효율적으로 사용하기 위한 전략이 있습니다.

wildcardProjection 활용

// 자주 검색하는 field만 포함
db.products.createIndex(
    { "attributes.$**": 1 },
    {
        wildcardProjection: {
            "attributes.color": 1,
            "attributes.size": 1,
            "attributes.brand": 1
        }
    }
);
  • 모든 field를 indexing하는 대신 실제로 검색에 사용되는 field만 선택합니다.
    • 저장 공간과 write 성능을 크게 개선할 수 있습니다.

경로 제한

// 전체 document 대신 특정 경로만 indexing
db.collection.createIndex({ "specificPath.$**": 1 });
  • 가능한 한 구체적인 경로를 지정하여 index 크기를 줄입니다.

Query Pattern 분석

// 실제 query pattern을 분석하여 wildcard index 필요성 판단
db.system.profile.find({ ns: "mydb.products" }).pretty();
  • wildcard index가 정말 필요한지 확인합니다.
    • 고정된 field만 검색한다면 일반 index가 더 효율적입니다.

일반 Index와 병행

// 자주 검색하는 field는 별도 index 생성
db.products.createIndex({ "attributes.brand": 1, "attributes.model": 1 });

// 나머지 동적 field는 wildcard index 사용
db.products.createIndex({ "attributes.$**": 1 });
  • 성능이 중요한 query는 일반 index를 사용하고, 동적 field 검색만 wildcard index를 사용합니다.

Wildcard Index 제약 사항

  • wildcard index는 특정 제약사항이 있습니다.

Compound Index 불가

  • wildcard index는 다른 field와 compound index를 만들 수 없습니다.
    • 여러 field를 함께 검색하는 경우 별도의 compound index를 생성해야 합니다.

정렬 지원 안 됨

  • wildcard index는 sort() operation에 사용될 수 없습니다.
// 정렬을 위한 별도 index 필요
db.products.createIndex({ "attributes.price": 1 });
db.products.find({ "attributes.color": "red" }).sort({ "attributes.price": 1 });

Text Index, Geospatial Index와 혼용 불가

  • wildcard index는 text index나 geospatial index와 결합할 수 없습니다.

Shard Key 제약

  • wildcard index는 shard key로 사용할 수 없습니다.
    • sharded collection에서는 명시적인 shard key가 필요합니다.

_id Field 포함 안 됨

  • wildcard index는 _id field를 자동으로 포함하지 않습니다.
    • _id는 이미 기본 index가 있으므로 중복이 필요 없습니다.

Reference

목차