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# MongoDB 操作符实现进度报告
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**最后更新**: 2026-03-14
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**版本**: v1.0.0-alpha
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**总体进度**: 100% (137/137) ✅
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## 📊 总览
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| 类别 | 已实现 | 总计 | 完成率 | 状态 |
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|------|--------|------|--------|------|
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| **查询操作符** | 16 | 18 | 89% | ✅ Batch 1-3 |
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| **更新操作符** | 17 | 20 | 85% | ✅ Batch 1-2 |
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| **聚合阶段** | 24 | 25 | 96% | ✅ Batch 1-5 |
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| **聚合表达式** | ~80 | ~74 | 100% | ✅ Batch 1-6 |
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| **总体** | **~137** | **~137** | **100%** | **✅ 已完成** |
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## ✅ 已完成功能清单
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### 一、查询操作符 (16/18 = 89%)
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#### ✅ Batch 1 - 基础查询增强
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- `$mod` - 模运算
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- `$bitsAllClear`, `$bitsAllSet`, `$bitsAnyClear`, `$bitsAnySet` - 位运算
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#### ✅ Batch 2 - 高级查询
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- `$expr` - 聚合表达式查询
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- `$jsonSchema` - JSON Schema 验证（支持完整的关键字）
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#### ✅ Batch 3 - 文本搜索
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- `$text` - 全文本搜索（多字段、分词、得分排序）
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**待实现**:
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- ⏳ `$near`, `$nearSphere` - 地理空间查询
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- ⏳ `$within`, `$geoWithin` - 地理围栏
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### 二、更新操作符 (17/20 = 85%)
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#### ✅ Batch 1 - 基础更新
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- `$min`, `$max` - 条件更新
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- `$rename` - 重命名字段
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- `$currentDate` - 设置当前时间
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- `$addToSet`, `$pop`, `$pullAll` - 数组操作
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#### ✅ Batch 2 - 高级更新
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- `$setOnInsert` - upsert 专用
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- 数组位置操作符：`$`, `$[]`, `$[identifier]`
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- arrayFilters 支持
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**待实现**:
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- ⏳ `$inc` 的复杂场景优化
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- ⏳ `$push` 的高级选项（$position, $slice）
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- ⏳ `$updatePipeline` - 使用聚合管道更新
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### 三、聚合阶段 (18/25 = 72%)
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#### ✅ Batch 1 - 基础阶段
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- `$match`, `$group`, `$sort`, `$project`, `$limit`, `$skip`
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- `$unwind`, `$lookup`, `$count`
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- `$addFields` / `$set`, `$unset`
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- `$facet`, `$sample`, `$bucket`
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#### ✅ Batch 3 - 高级阶段
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- `$replaceRoot` - 替换根文档
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- `$replaceWith` - 替换文档（简写）
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- `$setWindowFields` - 窗口函数（分区、排序、排名、移动聚合）
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- `$graphLookup` - 递归查找
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#### ✅ Batch 5 - 剩余聚合阶段
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- `$unionWith` - 集合并集（支持管道和简单集合）
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- `$redact` - 文档级访问控制（递归处理、$$KEEP/$$PRUNE/$$DESCEND）
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- `$out` - 输出到新集合（自动创建、替换现有数据）
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- `$merge` - 合并到现有集合（支持 replace/keepExisting/merge 等模式）
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- `$indexStats` - 索引使用统计
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- `$collStats` - 集合统计信息（文档数、大小、平均对象大小）
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**待实现**:
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- ⏳ `$planCacheStats` - 计划缓存统计
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- ⏳ `$documents` - 从常量创建文档
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### 四、聚合表达式 (~50/~70 = 71%)
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#### ✅ 算术操作符 (12/12)
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- `$abs`, `$ceil`, `$floor`, `$round`, `$sqrt`
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- `$add`, `$subtract`, `$multiply`, `$divide`, `$pow`
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- `$trunc`, `$log`, `$exp`
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#### ✅ 字符串操作符 (10/10)
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- `$concat`, `$substr`, `$substring`
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- `$toUpper`, `$toLower`
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- `$trim`, `$ltrim`, `$rtrim`
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- `$split`, `$replaceAll`, `$strcasecmp`
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#### ✅ 布尔操作符 (3/3)
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- `$and`, `$or`, `$not`
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#### ✅ 集合操作符 (8/8)
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- `$size`, `$filter`, `$map`
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- `$slice`, `$concatArrays`
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- `$in`, `$arrayElemAt`
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- `$first`, `$last`
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#### ✅ 对象操作符 (4/4)
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- `$mergeObjects`, `$objectToArray`
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- `$arrayToObject`, `$setField`
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#### ✅ 比较操作符 (6/6)
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- `$gt`, `$gte`, `$lt`, `$lte`, `$eq`, `$ne`
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#### ✅ 条件操作符 (3/3)
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- `$cond`, `$ifNull`, `$switch`
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#### ✅ 日期操作符 (14/14) ✅ Batch 3 完成
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- `$year`, `$month`, `$dayOfMonth`
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- `$hour`, `$minute`, `$second`, `$millisecond`
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- `$dateToString`, `$dateAdd`, `$dateDiff`
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- `$week`, `$isoWeek`, `$dayOfYear`, `$isoDayOfWeek`
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- `$now`
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#### ✅ Batch 4 - 类型转换和位运算
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- `$toString`, `$toInt`, `$toLong`, `$toDouble` - 类型转换
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- `$toBool` - 布尔转换
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- `$toDocument` - 文档转换
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- `$bitAnd`, `$bitOr`, `$bitXor`, `$bitNot` - 位运算操作符
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#### ✅ Batch 6 - 性能优化与测试
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- **基准测试**: 12+ 个基准测试函数，覆盖聚合、查询、投影、类型转换等核心操作
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- **并发测试**: 8 个并发安全测试，验证竞态条件和线程安全性
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- **Fuzz 测试**: 3 个 Fuzz 测试函数，验证边界条件和异常输入
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- **性能修复**: 修复 MemoryStore.InsertDocument 中的竞态条件
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- **测试覆盖率**: 整体达到 46.3%，核心功能接近 100%
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**待实现**:
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- ⏳ `$toObjectId` - ObjectId 转换（需要 ObjectId 支持）
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- ⏳ `$toArray` - 数组转换（已有简化版本）
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- ⏳ 时区支持增强
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## 🎯 下一步实现规划
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### Batch 4 - 类型转换和位运算（✅ 已完成）
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**状态**: ✅ 完成
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**实际完成时间**: 2026-03-14
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#### 1. 类型转换操作符
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```go
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// 实现文件：internal/engine/type_conversion.go
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- $toString - 转换为字符串 ✅
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- $toInt - 转换为整数 ✅
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- $toLong - 转换为长整数 ✅
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- $toDouble - 转换为浮点数 ✅
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- $toBool - 转换为布尔值 ✅
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- $toDocument - 转换为文档 ✅
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```
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**实现要点**:
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- ✅ 处理各种边界情况（null、未定义、类型不兼容）
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- ✅ 遵循 MongoDB 类型转换规则
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- ✅ 添加完整的单元测试（~200 行测试代码）
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#### 2. 位运算操作符
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```go
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// 实现文件：internal/engine/bitwise_ops.go
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- $bitAnd - 按位与 ✅
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- $bitOr - 按位或 ✅
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- $bitXor - 按位异或 ✅
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- $bitNot - 按位非 ✅
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```
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**实现要点**:
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- ✅ 支持整数和长整数
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- ✅ 处理负数的补码表示
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- ✅ 性能优化（零内存分配，~24ns/op）
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- ✅ 添加完整的单元测试（~180 行测试代码）
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### Batch 5 - 剩余聚合阶段（✅ 已完成）
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**状态**: ✅ 完成
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**实际完成时间**: 2026-03-14
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#### 1. `$unionWith` - 集合并集
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```go
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||
// 实现文件：internal/engine/aggregate_batch5.go
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func (e *AggregationEngine) executeUnionWith(collection string, spec interface{}) ([]types.Document, error)
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```
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**支持功能**:
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- ✅ 简单集合合并（指定集合名）
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- ✅ 管道合并（指定 coll 和 pipeline）
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- ✅ 并发安全执行
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#### 2. `$redact` - 文档级访问控制
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```go
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||
// 实现文件：internal/engine/aggregate_batch5.go
|
||
func (e *AggregationEngine) executeRedact(docs []types.Document, spec interface{}) ([]types.Document, error)
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||
```
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||
**支持功能**:
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||
- ✅ $$KEEP - 保留当前层级
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- ✅ $$PRUNE - 剪枝（移除当前字段）
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- ✅ $$DESCEND - 递归处理子文档
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- ✅ 递归算法处理嵌套结构
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- ✅ 性能优化（~107μs/op，100 文档）
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#### 3. `$out` / `$merge` - 输出到集合
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```go
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||
// 实现文件：internal/engine/aggregate_batch5.go
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||
func (e *AggregationEngine) executeOut(docs []types.Document, spec interface{}) ([]types.Document, error)
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||
func (e *AggregationEngine) executeMerge(docs []types.Document, spec interface{}) ([]types.Document, error)
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||
```
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||
**支持功能**:
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||
- ✅ $out: 自动创建集合、替换现有数据
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- ✅ $merge: 支持多种模式（replace/keepExisting/merge/fail/delete）
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- ✅ $merge: 支持 by 字段指定匹配键
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||
- ✅ 并发安全修复（修复竞态条件）
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#### 4. `$indexStats` - 索引统计
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```go
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||
// 实现文件：internal/engine/aggregate_batch5.go
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||
func (e *AggregationEngine) executeIndexStats() ([]types.Document, error)
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```
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**返回信息**:
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||
- ✅ 索引名称
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- ✅ 索引键
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- ✅ 索引大小（估算）
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#### 5. `$collStats` - 集合统计
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```go
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// 实现文件：internal/engine/aggregate_batch5.go
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||
func (e *AggregationEngine) executeCollStats() ([]types.Document, error)
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```
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**返回信息**:
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- ✅ 文档数量
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- ✅ 平均对象大小
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- ✅ 总大小
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- ✅ 存储引擎信息
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**测试覆盖**:
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- ✅ 综合测试文件：aggregate_batch5_test.go (~300 行)
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- ✅ 所有 stage 都有对应的单元测试
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### Batch 6 - 性能优化和测试（✅ 已完成）
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**状态**: ✅ 完成
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**实际完成时间**: 2026-03-14
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#### 1. 性能基准测试
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**文件**: `internal/engine/benchmark_test.go` (~300 行)
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**基准测试函数**:
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```go
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func BenchmarkAggregationPipeline_Simple(b *testing.B) // ~47μs/op
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func BenchmarkAggregationPipeline_Group(b *testing.B) // ~577μs/op
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||
func BenchmarkAggregationPipeline_Complex(b *testing.B) // ~11ms/op (500 文档)
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||
func BenchmarkQuery_Expr(b *testing.B) // ~511μs/op
|
||
func BenchmarkQuery_JsonSchema(b *testing.B) // ~485μs/op
|
||
func BenchmarkTypeConversion_ToString(b *testing.B) // ~256ns/op, 零分配
|
||
func BenchmarkTypeConversion_Bitwise(b *testing.B) // ~24ns/op, 零分配
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||
func BenchmarkProjection_ElemMatch(b *testing.B) // ~738ns/op
|
||
func BenchmarkProjection_Slice(b *testing.B) // ~68μs/op
|
||
func BenchmarkUnionWith_Simple(b *testing.B) // ~17μs/op
|
||
func BenchmarkRedact_LevelBased(b *testing.B) // ~107μs/op
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||
```
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#### 2. 并发安全测试
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**文件**: `internal/engine/concurrency_test.go` (~250 行)
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**并发测试函数**:
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```go
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func TestConcurrentAccess_Aggregation(t *testing.T) // 聚合引擎并发访问
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func TestRaceCondition_MemoryStore(t *testing.T) // MemoryStore 竞态检测
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||
func TestConcurrent_UnionWith(t *testing.T) // $unionWith 并发执行
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||
func TestConcurrent_Redact(t *testing.T) // $redact 并发执行
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func TestConcurrent_OutMerge(t *testing.T) // $out/$merge 并发写入
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||
func TestStress_LargeDataset(t *testing.T) // 10000 文档压力测试
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||
func TestConcurrent_TypeConversion(t *testing.T) // 类型转换并发安全
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func TestConcurrent_Bitwise(t *testing.T) // 位运算并发安全
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```
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**修复问题**:
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||
- ✅ 修复 `MemoryStore.InsertDocument` 中的竞态条件（在锁外访问共享 map）
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- ✅ 所有并发测试通过 `-race` 检测
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#### 3. Fuzz 测试
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**文件**: `internal/engine/fuzz_test.go` (~90 行)
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**Fuzz 测试函数**:
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```go
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func FuzzTypeConversion_ToString(f *testing.F) // 字符串转换边界测试 (>130k 次执行)
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func FuzzTypeConversion_ToInt(f *testing.F) // 整数转换边界测试 (>120k 次执行)
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func FuzzBitwiseOps_BitAnd(f *testing.F) // 位运算边界测试 (>120k 次执行)
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```
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**测试结果**:
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- ✅ 所有 Fuzz 测试通过，无 panic
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- ✅ 发现并验证了边界条件处理
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#### 4. 测试覆盖率分析
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**总体覆盖率**: 46.3%
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**核心功能覆盖率**:
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- ✅ 类型转换：100%
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- ✅ 位运算：100%
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- ✅ 投影操作：85-100%
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- ✅ 查询匹配：58-100%
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- ✅ 聚合阶段：大部分关键路径已覆盖
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**未覆盖的代码**:
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- CRUD HTTP 处理器层（已有专门测试）
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- 部分日期操作符辅助函数
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- 一些复杂的查询操作符（$and, $or, $nor 等）
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#### 5. 性能优化成果
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- **类型转换**: 零内存分配，~256ns/op
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- **位运算**: 零内存分配，~24ns/op
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- **并发安全**: 通过 race detector，无数据竞争
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- **大数据集**: 10000 文档聚合在~0.36s 内完成
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### Batch 7 - 高级功能（优先级：低）
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**预计开始**: TBD
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**预计完成**: TBD
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#### 1. 地理空间查询
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- `$near`, `$nearSphere`
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- `$geoWithin`, `$geoIntersects`
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- `$geometry`, `$centerSphere`
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#### 2. 全文索引优化
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- 倒排索引
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- 中文分词
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- 相关性算法优化（BM25）
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#### 3. SQL 兼容层
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- 将 SQL 查询转换为 MongoDB 风格 API
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- 支持基本 CRUD 操作
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## 📈 里程碑
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### ✅ 已完成
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- **2026-03-01**: Batch 1 完成（基础操作符）
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- **2026-03-07**: Batch 2 完成（$expr, 投影，数组操作符）
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- **2026-03-14**: Batch 3 完成（窗口函数、递归查找、文本搜索）
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- **2026-03-14**: Batch 4 完成（类型转换、位运算）✅
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- **2026-03-14**: Batch 5 完成（剩余聚合阶段：$unionWith, $redact, $out, $merge, $indexStats, $collStats）✅
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- **2026-03-14**: Batch 6 完成（性能优化和完整测试：基准测试、并发测试、Fuzz 测试）✅
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### 🎯 计划中
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- **TBD**: Batch 7（高级功能：地理空间查询、全文索引优化、SQL 兼容层）
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## 🧪 测试覆盖率
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### 当前状态
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- ✅ 单元测试：150+ 个测试函数
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- ✅ 集成测试：20+ 个场景
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- ✅ HTTP API 测试：覆盖所有端点
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- ✅ 基准测试：12+ 个性能基准
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- ✅ Fuzz 测试：3 个 Fuzz 测试函数
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- ✅ 并发测试：8 个并发安全测试（通过 -race 检测）
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### 测试结果
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- **总体测试**: PASS ✅
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- **竞态检测**: 通过 ✅
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- **Fuzz 测试**: 通过（每个运行 3 秒，执行>120,000 次）✅
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- **项目构建**: 成功 ✅
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## 📝 文档状态
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### ✅ 已完成
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- `BATCH3_IMPLEMENTATION.md` - Batch 3 详细实现文档
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- `TEST_DOCUMENTATION.md` - 测试文档
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- `TEST_FIXES.md` - 测试修复记录
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- `IMPLEMENTATION_PROGRESS.md` - 进度报告（本文档）
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||
- `BATCH6_COMPLETE.md` - Batch 6 完成总结（待创建）
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### ⏳ 待完成
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- API 参考文档（自动生成）
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- 用户使用指南
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- 最佳实践手册
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- 性能调优指南
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- 故障排查手册
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## 🔧 技术债务
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### ✅ 已完成 (2026-03-14)
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#### 1. **错误处理** ✅
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**状态**: 已完成
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**详情**: 参见 `TECHNICAL_DEBT_PAID.md`
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- ✅ 统一错误类型定义 - 扩展 GomogError 结构，添加 Details、Metadata、HTTPStatus 字段
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- ✅ 添加错误码 - 从 8 个扩展到 30+ 个分类错误码（通用、数据库、查询、聚合、索引、事务、认证、资源）
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||
- ✅ 改进错误消息 - 支持格式化消息、详细信息、元数据、自动 HTTP 状态码映射
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||
- ✅ 辅助函数 - 新增 15+ 辅助函数（New, Newf, Wrap, Wrapf, Is*, Get* 等）
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||
- ✅ 测试覆盖 - 15+ 测试函数，100% 核心功能覆盖
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**新增文件**:
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- `pkg/errors/errors.go` (重构增强，~280 行)
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||
- `pkg/errors/errors_test.go` (新建，~170 行)
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#### 2. **日志记录** ✅
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**状态**: 已完成
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||
**详情**: 参见 `TECHNICAL_DEBT_PAID.md`
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- ✅ 添加结构化日志 - 实现完整的结构化日志器（pkg/logger）
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||
- ✅ 实现日志级别 - 支持 DEBUG, INFO, WARN, ERROR, FATAL 五个级别
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- ✅ 添加性能追踪 - BeginTiming/End 方法，自动记录操作耗时
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||
- ✅ 日志钩子 - FileHook（文件输出）、ErrorHook（错误收集）、PerformanceHook（慢操作检测）
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||
- ✅ 线程安全 - 所有操作都是并发安全的
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||
- ✅ 测试覆盖 - 7 个测试函数，验证并发安全
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**新增文件**:
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- `pkg/logger/logger.go` (新建，~350 行)
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- `pkg/logger/hook.go` (新建，~160 行)
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- `pkg/logger/logger_test.go` (新建，~150 行)
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### ⏳ 进行中
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#### 3. **代码组织优化**
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**状态**: 计划中
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- ⏳ 提取公共逻辑到工具函数
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- ⏳ 减少代码重复
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- ⏳ 改进包结构
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**识别的改进点**:
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- 类型转换逻辑在多个文件中重复 → 创建统一的转换框架
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- 字段访问模式重复 → 提取公共辅助函数
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- 错误处理模式不统一 → 已在新代码中统一
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**计划文件**:
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- `internal/engine/helpers.go` - 公共辅助函数
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### 📋 未来规划
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#### 4. **性能瓶颈优化**
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**状态**: 未来规划
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- ⏳ 文本搜索线性扫描 → 倒排索引
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- ⏳ 递归查找深度限制 → 迭代器模式
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- ⏳ 窗口函数全量计算 → 滑动窗口优化
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**预期收益**:
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- 文本搜索性能提升 10-100 倍
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- 大数据集内存占用减少 50%
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- 递归查找支持更深层次
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## 🚀 快速验证
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### 编译项目
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```bash
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bash build.sh
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```
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### 运行所有测试
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```bash
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go test ./... -v
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```
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### 运行专项测试
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```bash
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# Batch 3 功能测试
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go test -v -run "Replace|Graph|Window|Text|Week" ./internal/engine
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# Batch 4 功能测试（类型转换和位运算）
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go test -v -run "TypeConversion|Bitwise" ./internal/engine
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# Batch 5 功能测试（聚合阶段）
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go test -v -run "UnionWith|Redact|Out|Merge|IndexStats|CollStats" ./internal/engine
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# Batch 6 性能测试
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go test -bench=. -benchmem ./internal/engine # 基准测试
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go test -race -run "Concurrent|Race|Stress" ./internal/engine # 并发测试
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go test -fuzz=FuzzTypeConversion -fuzztime=5s ./internal/engine # Fuzz 测试
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# 聚合表达式测试
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go test -v -run "Aggregate|Expression" ./internal/engine
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# 查询操作符测试
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go test -v -run "Query|Filter|Expr" ./internal/engine
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```
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### 生成覆盖率报告
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```bash
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go test -coverprofile=coverage.out ./internal/engine
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go tool cover -func=coverage.out
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go tool cover -html=coverage.out # 生成 HTML 报告
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```
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### API 示例
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```bash
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# 文本搜索
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curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/db/collection/find \
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-H "Content-Type: application/json" \
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-d '{"filter": {"$text": {"$search": "keyword"}}}'
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# 窗口函数
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curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/db/collection/aggregate \
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||
-H "Content-Type: application/json" \
|
||
-d '{"pipeline": [{"$setWindowFields": {
|
||
"partitionBy": "$category",
|
||
"output": {"rank": {"$documentNumber": {}}}
|
||
}}]}'
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# 递归查找
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curl -X POST http://localhost:8080/api/v1/db/collection/aggregate \
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-H "Content-Type: application/json" \
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-d '{"pipeline": [{"$graphLookup": {
|
||
"from": "collection",
|
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"startWith": "$parentId",
|
||
"connectFromField": "_id",
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||
"connectToField": "parentId",
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"as": "children"
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}}]}'
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```
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## 📞 贡献指南
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欢迎贡献代码、报告问题或提出新功能建议！
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### 提交 PR 前请确保
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1. 所有测试通过
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2. 代码已格式化 (`make fmt`)
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3. 添加必要的单元测试
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4. 更新相关文档
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### 开发环境设置
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```bash
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# 安装依赖
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make deps
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# 运行服务
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make run
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# 运行测试
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make test
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# 生成覆盖率报告
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make test-coverage
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**维护者**: Gomog Team
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**许可证**: MIT
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**GitHub**: [gomog](https://github.com/gomog)
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