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SQL 语句的解析过程

2016-09-09 23:38 数据库开发

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作者:独上高楼

网址:www.cnblogs.com/myprogram/archive/2013/01/24/2874666.html

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由于最近需要做一些sql query性能提升的研究,因此研究了一下sql语句的解决过程。在园子里看了下,大家写了很多相关的文章,大家的侧重点各有不同。本文是我在看了各种资料后收集总结的,会详细的,一步一步的讲述一个sql语句的各个关键字的解析过程,欢迎大家互相学习。


SQL语句的解析顺序


简单的说一个sql语句是按照如下的顺序解析的:


  • 1. FROM FROM后面的表标识了这条语句要查询的数据源。和一些子句如,(1-J1)笛卡尔积,(1-J2)ON过滤,(1-J3)添加外部列,所要应用的对象。FROM过程之后会生成一个虚拟表VT1。


  • (1-J1)笛卡尔积 这个步骤会计算两个相关联表的笛卡尔积(CROSS JOIN) ,生成虚拟表VT1-J1。


  • (1-J2)ON过滤 这个步骤基于虚拟表VT1-J1这一个虚拟表进行过滤,过滤出所有满足ON 谓词条件的列,生成虚拟表VT1-J2。


  • (1-J3)添加外部行  如果使用了外连接,保留表中的不符合ON条件的列也会被加入到VT1-J2中,作为外部行,生成虚拟表VT1-J3。


  • 2. WHERE 对VT1过程中生成的临时表进行过滤,满足where子句的列被插入到VT2表中。


  • 3. GROUP BY 这个子句会把VT2中生成的表按照GROUP BY中的列进行分组。生成VT3表。


  • 4. HAVING 这个子句对VT3表中的不同的组进行过滤,满足HAVING条件的子句被加入到VT4表中。


  • 5. SELECT 这个子句对SELECT子句中的元素进行处理,生成VT5表。


  • (5-1)计算表达式 计算SELECT 子句中的表达式,生成VT5-1


  • (5-2)DISTINCT 寻找VT5-1中的重复列,并删掉,生成VT5-2


  • (5-3)TOP 从ORDER BY子句定义的结果中,筛选出符合条件的列。生成VT5-3表


  • ORDER BY 从VT5-3中的表中,根据ORDER BY 子句的条件对结果进行排序,生成VC6表。


客户,订单的查询例子


首先创建一个Customers表,插入如下数据:


customerid city
FISSA Madrid
FRNDO Madrid
KRLOS Madrid
MRPHS Zion


创建一个Orders表,插入如下数据:


orderid customerid
1 FRNDO
2 FRNDO
3 KRLOS
4 KRLOS
5 KRLOS
6 MRPHS
7 NULL


假如我们想要查询来自Madrid的,订单数小于3的客户,并把他们的订单数显示出来,结果按照订单数从小到大进行排序。


SELECT C.customerid, COUNT(O.orderid) AS numordersFROM dbo.Customers AS C  LEFT OUTER JOIN dbo.Orders AS O    ON C.customerid = O.customeridWHERE C.city = 'Madrid'GROUP BY C.customeridHAVING COUNT(O.orderid) <
3 ORDER BY numorders


查询结果为:


customerid numorders
FISSA 0
FRNDO 2


下面我们会详细的讲述sql是怎样计算出这个结果的:


FROM子句


FROM子句标识了需要查询的表,如果指定了表操作,会从左到右的处理,每一个基于一个或者两个表的表操作都会返回一个输出表。左边表的输出结果会作为下一个表操作的输入结果。例如,交表相关的操作有 (1-J1)笛卡尔积,(1-J2)ON过滤器,(1-J3)添加外部列。FROM句子生成虚拟表VT1。


Step 1-J1:执行笛卡尔积(CROSS JOIN)


笛卡尔积会把左右两个表每一行所有可能的组合都列出来生成表VT1-J1,如果左表有m列,右表有n列,那么笛卡尔积之后生成的VT1-J1表将会有m×n列。


Step 1-J1这个步骤等价于执行:


SELECT * from Customers C  CROSS JOIN Orders O


执行结果为:(共有4×7列)


C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FISSA Madrid 1 FRNDO
FISSA Madrid 2 FRNDO
FISSA Madrid 3 KRLOS
FISSA Madrid 4 KRLOS
FISSA Madrid 5 KRLOS
FISSA Madrid 6 MRPHS
FISSA Madrid 7 NULL
FRNDO Madrid 1 FRNDO
FRNDO Madrid 2 FRNDO
FRNDO Madrid 3 KRLOS
FRNDO Madrid 4 KRLOS
FRNDO Madrid 5 KRLOS
FRNDO Madrid 6 MRPHS
FRNDO Madrid 7 NULL
KRLOS Madrid 1 FRNDO
KRLOS Madrid 2 FRNDO
KRLOS Madrid 3 KRLOS
KRLOS Madrid 4 KRLOS
KRLOS Madrid 5 KRLOS
KRLOS Madrid 6 MRPHS
KRLOS Madrid 7 NULL
MRPHS Zion 1 FRNDO
MRPHS Zion 2 FRNDO
MRPHS Zion 3 KRLOS
MRPHS Zion 4 KRLOS
MRPHS Zion 5 KRLOS
MRPHS Zion 6 MRPHS
MRPHS Zion 7 NULL


Step 1-J2:应用ON过滤,(JOIN 条件)


ON过滤条件是sql的三个过滤条件(ON,WHERE,HAVING)中最先执行的,ON过滤条件应用于前一步生成的虚拟表(VT1-J1),满足ON过滤条件的行会被加入到虚拟表VT1-J2中。在应用了ON 过滤之后,生成的VT1-J2表如下所示:


C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FRNDO Madrid 1 FRNDO
FRNDO Madrid 2 FRNDO
KRLOS Madrid 3 KRLOS
KRLOS Madrid 4 KRLOS
KRLOS Madrid 5 KRLOS
MRPHS Zion 6 MRPHS


Step 1-J3:添加外部列


这个步骤只会出现在使用了外连接的情况。对于外连接(LEFT,RIGHT, or FULL),你可以标记一个或者两个表作为保留表。作为保留表意味着你希望这个表里面的所有列都被返回,即使它里面的数据不满足ON子句的过滤条件。LEFT OUTER JOIN 把左边的表标记为保留表,RIGHTOUTER JOIN把右边的表作为保留表,FULL OUTER JOIN把两个表都标记为保留表.Step 1-J3为根据VT1-J2中的虚拟表,添加了保留表中不满足ON 条件的列,在未保留表中没有对应的列,因此标记为NULL。这个过程生成了虚拟表VT1-J3。



C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FISSA Madrid NULL NULL
FRNDO Madrid 1 FRNDO
FRNDO Madrid 2 FRNDO
KRLOS Madrid 3 KRLOS
KRLOS Madrid 4 KRLOS
KRLOS Madrid 5 KRLOS
MRPHS Zion 6 MRPHS


如果FROM子句中有多个表操作运算,sql会按照从左到右的顺序处理,左边生成的临时表结果作为右边表的输入表。


Step 2 WHERE 子句


WHERE过滤被应用到前一步生成的临时表中,根据WHERE过滤条件生成临时表VT2。


注意:由于数据现在还没有被分组,因此现在你不能使用聚合运算-例如:你不能使用这样的句子 WHERE orderdate = MAX(orderdate)。另外你也不能使用SELECT子句中创建的变量别名,因为现在还没有处理SELECT子句-例如你不能写这样的句子:SELECT YEAR(orderdate) AS orderyear . . . WHERE orderyear > 2008.


应用这个过滤


WHERE C.city = 'Madrid'


这时生成的临时表VT2的内容如下:


C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FISSA Madrid NULL NULL
FRNDO Madrid 1 FRNDO
FRNDO Madrid 2 FRNDO
KRLOS Madrid 3 KRLOS
KRLOS Madrid 4 KRLOS
KRLOS Madrid 5 KRLOS


在这个例子中,你需要在ON子句中使用ON C.customerid = O.customerid过滤,没有订单的客户在1-J2这一步中被过滤掉,但是在1-J3这一步中作为外部列又被加回来。但是,由于你只想返回来自Madrid的客户,因此你需要在WHERE子句中过滤城市(WHERE C.city = ‘Madrid’),如果你放在ON过滤中,不属于Madrid的客户在添加外部列中会被添加回来。


关于ON 和 WHERE 的区别需要在这里说明一下,ON 和WHERE 的主要区别在于 ON 实在添加外部列之前进行过滤,WHERE 是在之后。ON过滤掉的列会在1-J3中添加回来。如果你不需要添加外部列,那么这两个过滤是相同的。


Step 3 GROUP BY子句


这个子句会把前一步中生成的临时表中的数据进行分组,每一行都会分到并且只分到一个组里,生成虚拟表VT3。VT3表中包含了VT2表中所有的数据,和分组标识符。


这是生成的临时表VT3的内容如下:


Groups 
C.customerid
C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FISSA FISSA Madrid NULL NULL
FRNDO FRNDO Madrid 1 FRNDO
FRNDO Madrid 2 FRNDO

KRLOS Madrid 3 KRLOS
KRLOS KRLOS Madrid 4 KRLOS

KRLOS Madrid 5 KRLOS


sql最终返回的结果中,每一个分组必须只能返回一行(除非被过滤掉),因此当一个sql语句中使用了GROUP BY时,在GROUP BY后面处理的子句,如SELECT,HAVING子句等,只能使用出现在GROUP BY后面的列,对于没有出现GROUP BY后面的列必须使用聚合函数(如 MAX ,MIN,COUNT,AVG等),保证每一个GROUP只返回一行。


Step 4 HAVING子句


HAVING子句用来过滤前一步生成的临时表,并且只作用于分组后的数据,满足HAVING条件的GROUP被添加到虚拟表VT4中。

当应用了这个过滤:


HAVING COUNT(O.orderid) < 3


之后,生成的VT4表内容如下:


Groups
C.customerid
C.customerid C.city O.orderid O.customerid
FISSA FISSA Madrid NULL NULL
FRNDO FRNDO Madrid 1 FRNDO

FRNDO Madrid 2 FRNDO


需要注意的一点是,这里面使用的是COUNT(O.orderid),而不是COUNT(*),由于这个查询中添加了外部列,COUNT方法会忽略NULL的列,导致出现了你不想要的结果。


Step 5 SELECT 子句


尽管出现在sql语句的最前面,SELECT在第五步的时候才被处理,SELECT子句返回的表会最终返回给调用者。这个子句包含三个子阶段:(5-1)计算表达式,(5-2) 处理DISTINCT,(5-3)应用TOP过滤。


Step 5-1 计算表达式


SELECT子句中的表达式可以返回或者操作前一步表中返回的基本列。如果这个sql语句是一个聚合查询,在Step 3之后,你只能使用GROUP BY中的列,对不属于GROUP集合中的列必须使用聚合运算。不属于FROM表中基本列的必须为其起一个别名,如YEAR(orderdate) AS orderyear。


注意:在SELECT子句中创建的别名,不能在之前的Step中使用,即使在SELECT子句中也不能。原因是sql的很多操作是同时操作(all at once operation),至于什么是all-at-once operation这里就不再介绍了。因此,SELECT子句中创建的别名只能在后面的子句中使用,如ORDER BY。例如:SELECT YEAR(orderdate) AS orderyear . . . ORDER BY orderyear。


在这个例子中:


SELECT C.customerid, COUNT(O.orderid) AS numorders


结果会得到一个虚拟表VT5-1:


C.customerid numorders
FIFSSA 0
FRNDO 2


Step 5-2:应用DISTINCT子句


如果sql语句中使用了DISTINCT,sql会把重复列去掉,生成虚拟表VT5-2。


Step 5-3:应用TOP选项


TOP选项是T-SQL提供的一个功能,用来表示显示多少行。基于ORDER BY子句定义的顺序,指定个数的列会被查询出来。这个过程生成虚拟表VT5-3。


正如上文提到的,这一步依赖于ORDER BY定义的顺序来决定哪些列应该显示在前面。如果你没有指定结果的ORDER BY顺序,也没有使用WITH TIES子句,每一次的返回结果可能会不一致。


在我们的例子中,Step 5-3被省略了,因为我们没有使用TOP关键字。


Step 6:ORDER BY子句


前一步返回的虚拟表在这一步被排序,根据ORDER BY子句指定的顺序,返回游标VC6。ORDER BY子句也是唯一一个可以使用SELECT子句创建的别名的地方。


注意:这一步和之前不同的地方在于,这一步返回的结果是一个游标,而不是表。sql是基于集合理论的,一个集合没有对他的行定义顺序,它只是一个成员的逻辑集合,因此成员的顺序并不重要。带有ORDER BY子句的sql返回一个按照特定序列组织每一行的对象。ANSI 把这样的一个对象叫游标。理解这一点对你了解sql很重要。


上面的步骤如图所示:



本书中主要内容是参照 Inside Microsoft SQL Server 2008:T-SQL Query,中的内容,大家如果想深入了解sql查询相关的知识,可以找这本书看看。



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