Stages Cheatsheet

A simple example for each stage in the MongoDB Aggregation Framework.

Stages:

Query	Mutate	Summarise/Itemise	Join	Input/Output
`$geoNear`	`$addFields`	`$bucket`	`$graphLookup`	`$documents`
`$limit`	`$densify`	`$bucketAuto`	`$lookup`	`$merge`
`$match`	`$fill`	`$count`	`$unionWith`	`$out`
`$sample`	`$project`	`$facet`
`$search`	`$redact`	`$group`
`$searchMeta`	`$replaceRoot`	`$sortByCount`
`$skip`	`$replaceWith`	`$unwind`
`$sort`	`$set`
	`$setWindowFields`
	`$unset`

The following stages are not included because they are unrelated to aggregating business data: $changeStream, $changeStreamSplitLargeEvent, $collStats, $currentOp, $indexStats, $listLocalSessions, $listSearchIndexes, $listSessions, $planCacheStats

Input Collections:

// shapes
{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}

// lists
{_id: "▤", a: "●", b: ["◰", "◱"]}
{_id: "▥", a: "▲", b: ["◲"]}
{_id: "▦", a: "▲", b: ["◰", "◳", "◱"]}
{_id: "▧", a: "●", b: ["◰"]}
{_id: "▨", a: "■", b: ["◳", "◱"]}

// places
{_id: "Bigtown", loc: {type: "Point", coordinates: [1,1]}}
{_id: "Smalltown", loc: {type: "Point", coordinates: [3,3]}}
{_id: "Happytown", loc: {type: "Point", coordinates: [5,5]}}
{_id: "Sadtown", loc: {type: "LineString", coordinates: [[7,7],[8,8]]}}

`$addFields`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$addFields: {z: "●"}      
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0, z: '●'}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60, z: '●'}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80, z: '●'}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85, z: '●'}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90, z: '●'}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95 ord: 100, z: '●'}

`$bucket`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$bucket: {
  groupBy: "$val",
  boundaries: [0, 25, 50, 75, 100],
  default: "Other"
}
   ⬇︎      
{_id: 0, count: 1}
{_id: 50, count: 1}
{_id: 75, count: 4}

`$bucketAuto`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$bucketAuto: {groupBy: "$val", buckets: 3}
   ⬇︎      
{_id: {min: 10, max: 80}, count: 2}
{_id: {min: 80, max: 90}, count: 2}
{_id: {min: 90, max: 95}, count: 2}

`$count`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$count: "amount"
   ⬇︎      
{amount: 6}

`$densify`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$densify: {
  field: "val",
  partitionByFields: ["x"],
  range: {bounds: "full", step: 25}
}
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{x: '■', val: 35}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}
{x: '●', val: 10}
{x: '●', val: 35}
{x: '●', val: 60}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80}
{x: '▲', val: 10}
{x: '▲', val: 35}
{x: '▲', val: 60}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85}
{x: '■', val: 85}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90}
{x: '●', val: 85}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100}

`$documents`

[     ]
   ⬇︎      
$documents: {
  {p: "▭", q: "▯"},
  {p: "▯", q: "▭"}
}
   ⬇︎      
{p: '▭', q: '▯'}
{p: '▯', q: '▭'}

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$facet: {
  X_CIRCLE_FACET: [{$match: {x: "●"}}],
  FIRST_TWO_FACET: [{$limit: 2}]
}
   ⬇︎      
{
  X_CIRCLE_FACET: [
    {_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80},
    {_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100}
  ],
  FIRST_TWO_FACET: [
    {_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0},
    {_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}
  ]
}

`$fill`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$fill: {
  sortBy: {val: 1},        
  output: {
    ord: {method: "linear"}
  }
}
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60, ord: 58.82352941176471}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80, ord: 82.3529411764706}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85, ord: 88.23529411764706}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90, ord: 94.11764705882354}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100}

`$geoNear`

{_id: "Bigtown", loc: {type: "Point", coordinates: [1,1]}}
{_id: "Smalltown", loc: {type: "Point", coordinates: [3,3]}}
{_id: "Happytown", loc: {type: "Point", coordinates: [5,5]}}
{_id: "Sadtown", loc: {type: "LineString", coordinates: [[7,7],[8,8]]}}
   ⬇︎      
$geoNear: {
  near: {type: "Point", coordinates: [9,9]}, 
  distanceField: "distance"
}
   ⬇︎      
{_id: 'Sadtown', loc: { type: 'LineString', coordinates: [[7,7], [8,8]]}
      distance: 156565.32902203742}
{_id: 'Happytown', loc: { type: 'Point', coordinates: [5,5]}
      distance: 627304.9320885336}
{_id: 'Smalltown', loc: { type: 'Point', coordinates: [3,3]}
      distance: 941764.4675092621}
{_id: 'Bigtown', loc: { type: 'Point', coordinates: [1,1]}
      distance: 1256510.3666236876}

`$graphLookup`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$graphLookup: {
  from: "shapes",
  startWith: "$x",
  connectFromField: "x",
  connectToField: "y",
  depthField: "depth",
  as: "connections"
}
$project: {connections_count: {$size: "$connections"}}
   ⬇︎      
{_id: '◐', connections_count: 3}
{_id: '◑', connections_count: 3}
{_id: '◒', connections_count: 0}
{_id: '◓', connections_count: 6}
{_id: '◔', connections_count: 3}
{_id: '◕', connections_count: 0}

`$group`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$group: {_id: "$x", ylist: {$push: "$y"}}
   ⬇︎   
{_id: '●', ylist: ['■', '■']}
{_id: '■', ylist: ['▲', '■', '▲']}
{_id: '▲', ylist: ['▲']}

`$limit`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$limit: 2
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}

`$lookup`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ✚
{_id: "▤", a: "●", b: ["◰", "◱"]}
{_id: "▥", a: "▲", b: ["◲"]}
{_id: "▦", a: "▲", b: ["◰", "◳", "◱"]}
{_id: "▧", a: "●", b: ["◰"]}
{_id: "▨", a: "■", b: ["◳", "◱"]}
   ⬇︎      
$lookup: {
  from: "lists",
  localField: "y",
  foreignField: "a",
  as: "refs"
}
   ⬇︎         
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0, refs: [
  {_id: '▥', a: '▲', b: ['◲']},
  {_id: '▦', a: '▲', b: ['◰', '◳', '◱']}
]}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60, refs: [
  {_id: '▨', a: '■', b: ['◳', '◱']}
]}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80, refs: [
  {_id: '▨', a: '■', b: ['◳', '◱']}
]}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85, refs: [
  {_id: '▥', a: '▲', b: ['◲']},
  {_id: '▦', a: '▲', b: ['◰', '◳', '◱']}
]}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90, refs: [
  {_id: '▥', a: '▲', b: ['◲']},
  {_id: '▦', a: '▲', b: ['◰', '◳', '◱']}
]}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100, refs: [
  {_id: '▨', a: '■', b: ['◳', '◱']}
]}

`$match`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$match: {y: "▲"}  
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90}

`$merge`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$merge: {into: "results"}
   ⬇︎      
db.results.find()   
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100}

`$out`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$out: "results"
   ⬇︎      
db.results.find()   
{_id: '◐', x: '■', y: '▲', val: 10, ord: 0}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}
{_id: '◒', x: '●', y: '■', val: 80}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85}
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90}
{_id: '◕', x: '●', y: '■', val: 95, ord: 100}

`$project`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$project: {x: 1}
   ⬇︎      
{_id: '◐', x: '■'}
{_id: '◑', x: '■'}
{_id: '◒', x: '●'}
{_id: '◓', x: '▲'}
{_id: '◔', x: '■'}
{_id: '◕', x: '●'}

`$redact`

{_id: "Bigtown", loc: {type: "Point", coordinates: [1,1]}}
{_id: "Smalltown", loc: {type: "Point", coordinates: [3,3]}}
{_id: "Happytown", loc: {type: "Point", coordinates: [5,5]}}
{_id: "Sadtown", loc: {type: "LineString", coordinates: [[7,7],[8,8]]}}
   ⬇︎      
$redact: {$cond: {
  if  : {$eq: ["$type", "LineString"]},
  then: "$$PRUNE",
  else: "$$DESCEND"
}}
   ⬇︎      
{_id: 'Bigtown', loc: { type: 'Point', coordinates: [1,1]}}
{_id: 'Smalltown', loc: { type: 'Point', coordinates: [3,3]}}
{_id: 'Happytown', loc: { type: 'Point', coordinates: [5,5]}}
{_id: 'Sadtown'}

`$replaceRoot`

{_id: "▤", a: "●", b: ["◰", "◱"]}
{_id: "▥", a: "▲", b: ["◲"]}
{_id: "▦", a: "▲", b: ["◰", "◳", "◱"]}
{_id: "▧", a: "●", b: ["◰"]}
{_id: "▨", a: "■", b: ["◳", "◱"]}
   ⬇︎      
$replaceRoot: {
  newRoot: {first: {$first: "$b"}, last: {$last: "$b"}}
}
   ⬇︎      
{first: '◰', last: '◱'}
{first: '◲', last: '◲'}
{first: '◰', last: '◱'}
{first: '◰', last: '◰'}
{first: '◳', last: '◱'}

`$replaceWith`

{_id: "▤", a: "●", b: ["◰", "◱"]}
{_id: "▥", a: "▲", b: ["◲"]}
{_id: "▦", a: "▲", b: ["◰", "◳", "◱"]}
{_id: "▧", a: "●", b: ["◰"]}
{_id: "▨", a: "■", b: ["◳", "◱"]}
   ⬇︎      
$replaceWith: {
  first: {$first: "$b"}, last: {$last: "$b"}
}
   ⬇︎      
{first: '◰', last: '◱'}
{first: '◲', last: '◲'}
{first: '◰', last: '◱'}
{first: '◰', last: '◰'}
{first: '◳', last: '◱'}

`$sample`

{_id: "◐", x: "■", y: "▲", val: 10, ord: 0}
{_id: "◑", x: "■", y: "■", val: 60}
{_id: "◒", x: "●", y: "■", val: 80}
{_id: "◓", x: "▲", y: "▲", val: 85}
{_id: "◔", x: "■", y: "▲", val: 90}
{_id: "◕", x: "●", y: "■", val: 95, ord: 100}
   ⬇︎      
$sample: {size: 3}
   ⬇︎     
{_id: '◔', x: '■', y: '▲', val: 90}
{_id: '◓', x: '▲', y: '▲', val: 85}
{_id: '◑', x: '■', y: '■', val: 60}

`$search`

{_id: "Bigtown", loc: {type: "Point", coordinates: [1,1]}}
{_id: "Smalltown", loc: {type: "Point", coordinates: [3,3]}}
{_id: "Happytown", loc: {type: "Point", coordinates: [5,5]}}
{_id: "Sadtown", loc: {type: "LineString", coordinates: [[7,7],[8,8]]}}
   ⬇︎      
$search: {
  text: {
    path: "_id",
    query: "Bigtown Happytown"
  }
}
   ⬇︎      
{_id: 'Bigtown', loc: {type: 'Point', coordinates: [1, 1]}}
{_id: 'Happytown', loc: {type: 'Point', coordinates: [5, 5]}}

`$searchMeta`

{_id: "Bigtown", loc: {type: "Point", coordinates: [1,1]}}
{_id: "Smalltown", loc: {type: "Point", coordinates: [3,3]}}
{_id: "Happytown", loc: {type: "Point", coordinates: [5,5]}}
{_id: "Sadtown", loc: {type: "LineString", coordinates: [[7,7],[8,8]]}}
   ⬇︎      
$searchMeta: {
  facet: {
    operator: {
      exists: {
        path: "_id"
      }      
    },   
    facets: {        
      geotypes: {
        type: "string",
        path: "loc.type",
        numBuckets : 2
      }            
    }        
  }             
}
   ⬇︎      
{
  count: {lowerBound: 4},
  facet: {
    geotypes: {
      buckets: [
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Practical MongoDB Aggregations Book

Stages Cheatsheet

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