请继续丶任性 发表于 2023-7-31 23:14:37

MYSQL中JSON类型介绍

1 json对象的介绍

在mysql未支持json数据类型时,我们通常使用varchar、blob或text的数据类型存储json字符串,对mysql来说,用户插入的数据只是序列化后的一个普通的字符串,不会对JSON文档本身的语法合法性做检查,文档的合法性需要用户自己保证。在使用时需要先将整个json对象从数据库读取出来,在内存中完成解析及相应的计算处理,这种方式增加了数据库的网络开销并降低处理效率。
从 MySQL 5.7.8 开始,MySQL 支持RFC 7159定义的全部json 数据类型,具体的包含四种基本类型(strings, numbers, booleans,and null)和两种结构化类型(objects and arrays)。可以有效地访问 JSON文档中的数据。与将 JSON 格式的字符串存储在字符串列中相比,该数据类型具有以下优势:

[*]自动验证存储在 JSON列中的 JSON 文档。无效的文档会产生错误。
[*]优化的存储格式。存储在列中的 JSON 文档被转换为允许快速读取文档元素的内部格式。当读取 JSON 值时,不需要从文本表示中解析该值,使服务器能够直接通过键或数组索引查找子对象或嵌套值,而无需读取文档中它们之前或之后的所有值。
2 json类型的存储结构

mysql为了提供对json对象的支持,提供了一套将json字符串转为结构化二进制对象的存储方式。json会被转为二进制的doc对象存储于磁盘中(在处理JSON时MySQL使用的utf8mb4字符集,utf8mb4是utf8和ascii的超集)。
doc对象包含两个部分,type和value部分。其中type占1字节,可以表示16种类型:大的和小的json object类型、大的和小的 json array类型、literal类型(true、false、null三个值)、number类型(int6、uint16、int32、uint32、int64、uint64、double类型、utf8mb4 string类型和custom data(mysql自定义类型),具体可以参考源码json_binary.cc和json_binary.h进行学习。
下面进行简单介绍:
type ::=
0x00 | // small JSON object
0x01 | // large JSON object
0x02 | // small JSON array
0x03 | // large JSON array
0x04 | // literal (true/false/null)
0x05 | // int16
0x06 | // uint16
0x07 | // int32
0x08 | // uint32
0x09 | // int64
0x0a | // uint64
0x0b | // double
0x0c | // utf8mb4 string
0x0f // custom data (any MySQL data type)

[*]value包含 object、array、literal、number、string和custom-data六种类型,与type的16种类型对应。
[*]object表示json对象类型,由6部分组成:
[*]object ::= element-count size key-entry value-entry key value
其中:
element-count表示对象中包含的成员(key)个数,在array类型中表示数组元素个数。
size表示整个json对象的二进制占用空间大小。小对象用2Bytes空间表示(最大64K),大对象用4Bytes表示(最大4G)
key-entry可以理解为一个用于指向真实key值的数组。本身用于二分查找,加速json字段的定位。
key-entry由两个部分组成:
key-entry ::= key-offset key-length
其中:
key-offset:表示key值存储的偏移量,便于快速定位key的真实值。
key-length:表示key值的长度,用于分割不同key值的边界。长度为2Bytes,这说明,key值的长度最长不能超过64kb.
[*]value-entry与key-enter功能类似,不同之处在于,value-entry可能存储真实的value值。
value-entry由两部分组成:
value-entry ::= type offset-or-inlined-value
其中:
type表示value类型,如上文所示,支持16种基本类型,从而可以表示各种类型的嵌套。
[*]offset-or-inlined-value:有两层含义,如果value值足够小,可以存储于此,那么就存储数据本身,如果数据本身较大,则存储真实值的偏移用于快速定位。
key 表示key值的真实值,类型为:key ::= utf8mb4-data,这里无需指定key值长度,因为key-entry中已经声明了key的存储长度。同时,在同一个json对象中,key值的长度总是一样的。
array表示json数组,array类型主要包含4部分:
array ::= element-count size value-entry value
我们来使用示意图更清晰的展示它的结构:

举例说明:




需要注意的是:

[*]JSON对象的Key索引(图中橙色部分)都是排序好的,先按长度排序,长度相同的按照code point排序;Value索引(图中黄色部分)根据对应的Key的位置依次排列,最后面真实的数据存储(图中白色部分)也是如此
[*]Key和Value的索引对存储了对象内的偏移和大小,单个索引的大小固定,可以通过简单的算术跳转到距离为N的索引
[*]通过MySQL5.7.16源代码可以看到,在序列化JSON文档时,MySQL会动态检测单个对象的大小,如果小于64KB使用两个字节的偏移量,否则使用四个字节的偏移量,以节省空间。同时,动态检查单个对象是否是大对象,会造成对大对象进行两次解析,源代码中也指出这是以后需要优化的点
[*]现在受索引中偏移量和存储大小四个字节大小的限制,单个JSON文档的大小不能超过4G;单个KEY的大小不能超过两个字节,即64K
[*]索引存储对象内的偏移是为了方便移动,如果某个键值被改动,只用修改受影响对象整体的偏移量
[*]索引的大小现在是冗余信息,因为通过相邻偏移可以简单的得到存储大小,主要是为了应对变长JSON对象值更新,如果长度变小,JSON文档整体都不用移动,只需要当前对象修改大小
[*]现在MySQL对于变长大小的值没有预留额外的空间,也就是说如果该值的长度变大,后面的存储都要受到影响
[*]结合JSON的路径表达式可以知道,JSON的搜索操作只用反序列化路径上涉及到的元素,速度非常快,实现了读操作的高性能
[*]MySQL对于大型文档的变长键值的更新操作可能会变慢,可能并不适合写密集的需求
3 json类型基本操作

3.1 json数据插入

json类型数据插入时有两种方式,一种是基于字符串格式插入,另一种是基于json_object()函数,在使用json_object()函数只需按k-v顺序,以,符号隔开顺序插入即可,MYSQL会自动验证 JSON 文档,无效的文档会产生错误。
mysql> CREATE TABLE t1 (jdoc JSON);
Query OK, 0 rows affected (0.20 sec)

mysql> INSERT INTO t1 VALUES('{"key1": "value1", "key2": "value2"}');
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> INSERT INTO t1 VALUES('[1, 2,');
ERROR 3140 (22032) at line 2: Invalid JSON text:
"Invalid value." at position 6 in value (or column)'当一个字符串被解析并发现是一个有效的 JSON 文档时,它也会被规范化:具有与文档中先前找到的键重复的键的成员被丢弃(即使值不同)。以下第一个sql中通过 JSON_OBJECT()调用生成的对象值不包括第二个key1元素,因为该键名出现在值的前面;第二个sql中只保留了x第一次出现的值:
mysql> SELECT JSON_OBJECT('key1', 1, 'key2', 'abc', 'key1', 'def');
+------------------------------------------------------+
| JSON_OBJECT('key1', 1, 'key2', 'abc', 'key1', 'def') |
+------------------------------------------------------+
| {"key1": 1, "key2": "abc"}                           |
+------------------------------------------------------+

mysql> INSERT INTO t1 VALUES
   >   ('{"x": 17, "x": "red"}'),
   >   ('{"x": 17, "x": "red", "x": }');

mysql> SELECT c1 FROM t1;
+-----------+
| c1      |
+-----------+
| {"x": 17} |
| {"x": 17} |
+-----------+3.2 json合并

MySQL 5.7支持JSON_MERGE()的合并算法,多个对象合并时产生一个对象。
可将多个数组合并为一个数组:
mysql> SELECT JSON_MERGE('', '["a", "b"]', '');
+-----------------------------------------------------+
| JSON_MERGE('', '["a", "b"]', '') |
+-----------------------------------------------------+
|                      |
+-----------------------------------------------------+当合并数组与对象时,会将对象转换为新数组进行合并:
mysql> SELECT JSON_MERGE('', '{"a": "x", "b": "y"}');
+------------------------------------------------+
| JSON_MERGE('', '{"a": "x", "b": "y"}') |
+------------------------------------------------+
|                |
+------------------------------------------------+如果多个对象具有相同的键,则生成的合并对象中该键的值是包含键值的数组
mysql> SELECT JSON_MERGE('{"a": 1, "b": 2}', '{"c": 3, "a": 4}');
+----------------------------------------------------+
| JSON_MERGE('{"a": 1, "b": 2}', '{"c": 3, "a": 4}') |
+----------------------------------------------------+
| {"a": , "b": 2, "c": 3}                      |
+----------------------------------------------------+MySQL 8.0.3(及更高版本)支持两种合并算法,由函数 JSON_MERGE_PRESERVE()和 JSON_MERGE_PATCH(). 它们在处理重复键的方式上有所不同:JSON_MERGE_PRESERVE()保留重复键的值(与5.7版本的JSON_MERGE()相同),而 JSON_MERGE_PATCH()丢弃除最后一个值之外的所有值。具体的

[*]JSON_MERGE_PRESERVE() 函数接受两个或多个 JSON 文档并返回组合结果。如果参数为两个object,相同的key将会把value合并为array(即使value也相同,也会合并为array),不同的key则直接合并。如果其中一个参数为json array,则另一个json object整体作为一个元素,加入array结果。
[*]JSON_MERGE_PATCH()函数接受两个或多个 JSON 文档并返回组合结果。如果参数为两个object,相同的key的value将会被后面参数的value覆盖,不同的key则直接合并。如果合并的是数组,将按照“最后一个重复键获胜”逻辑仅保留最后一个参数。
mysql> SELECT JSON_MERGE_PRESERVE('{"a":1,"b":2}', '{"a":3,"c":3}');
+-------------------------------------------------------+
| JSON_MERGE_PRESERVE('{"a":1,"b":2}', '{"a":3,"c":3}') |
+-------------------------------------------------------+
| {"a": , "b": 2, "c": 3}                         |
+-------------------------------------------------------+
1 row in set (0.01 sec)
mysql> SELECT JSON_MERGE_PATCH('{"a":1,"b":2}', '{"a":3,"c":3}');
+----------------------------------------------------+
| JSON_MERGE_PATCH('{"a":1,"b":2}', '{"a":3,"c":3}') |
+----------------------------------------------------+
| {"a": 3, "b": 2, "c": 3}                           |
+----------------------------------------------------+
1 row in set (0.02 sec)

mysql> SELECT JSON_MERGE_PRESERVE('["a", 1]', '"a"','{"key": "value"}');
+-----------------------------------------------------------+
| JSON_MERGE_PRESERVE('["a", 1]', '"a"','{"key": "value"}') |
+-----------------------------------------------------------+
| ["a", 1, "a", {"key": "value"}]                           |
+-----------------------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SELECT JSON_MERGE_PATCH('["a", 1]', '"a"','{"key": "value"}') ;
+--------------------------------------------------------+
| JSON_MERGE_PATCH('["a", 1]', '"a"','{"key": "value"}') |
+--------------------------------------------------------+
| {"key": "value"}                                       |
+--------------------------------------------------------+
1 row in set (0.01 sec)3.3 json数据查询

MySQL 5.7.7+本身提供了很多原生的函数以及路径表达式来方便用户访问JSON数据。
JSON_EXTRACT()函数用于解析json对象,->符号是就一种JSON_EXTRACT()函数的等价模式。例如查询上面t1表中 jdoc字段中key值为x的值
SELECT jdoc->'$.x' FROM t1;
SELECT JSON_EXTRACT(jdoc,'$.x') FROM t1;JSON_EXTRACT返回值会带有” “,如果想获取原本的值可以使用JSON_UNQUOTE
mysql> SELECT JSON_EXTRACT('{"id": 14, "name": "Aztalan"}', '$.name');
+---------------------------------------------------------+
| JSON_EXTRACT('{"id": 14, "name": "Aztalan"}', '$.name') |
+---------------------------------------------------------+
| "Aztalan"                                             |
+---------------------------------------------------------+

mysql> SELECT JSON_UNQUOTE(json_extract('{"id": 14, "name": "Aztalan"}', '$.name'));;
+-----------------------------------------------------------------------+
| JSON_UNQUOTE(json_extract('{"id": 14, "name": "Aztalan"}', '$.name')) |
+-----------------------------------------------------------------------+
| Aztalan                                                               |
+-----------------------------------------------------------------------+json路径的语法:
pathExpression:
    scope[(pathLeg)*]

pathLeg:
    member | arrayLocation | doubleAsterisk

member:
    period ( keyName | asterisk )

arrayLocation:
    leftBracket ( nonNegativeInteger | asterisk ) rightBracket

keyName:
    ESIdentifier | doubleQuotedString

doubleAsterisk:
    '**'

period:
    '.'

asterisk:
    '*'

leftBracket:
    '['

rightBracket:
    ']'以json { “a”: [ [ 3, 2 ], [ { “c” : “d” }, 1 ] ], “b”: { “c” : 6 }, “one potato”: 7, “b.c” : 8 } 为例:
\(.a\ 获取的值为 \[ { “c” : “d” }, 1 \]\).b.c 获取的值为 6
$.”b.c” 获取的值为 8(因为键名包含不合法的表达式所以需要使用引号)

mysql>select json_extract('{ "a": [ [ 3, 2 ], [ { "c" : "d" }, 1 ] ], "b": { "c" : 6 }, "one potato": 7, "b.c" : 8 }','$**.c');
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| JSON_EXTRACT('{ "a": [ [ 3, 2 ], [ { "c" : "d" }, 1 ] ], "b": { "c" : 6 }, "one potato": 7, "b.c" : 8 }','$**.c') |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| ["d", 6]                                                                                                          |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+\(**.c 匹配到了两个路径 :\).a.c 获取的值是”d”
$.b.c 获取的值为 6
3.4 json数据更新

一些函数采用现有的 JSON 文档,以某种方式对其进行修改,然后返回结果修改后的文档。路径表达式指示在文档中进行更改的位置。例如,JSON_SET()、 JSON_INSERT()和 JSON_REPLACE()函数各自采用现有的 JSON 文档,加上一个或多个路径和值对,来描述修改文档和要更新的值。这些函数在处理文档中现有值和不存在值的方式上有所不同。
具体如下
mysql> SET @j = '["a", {"b": }, ]';JSON_SET()替换存在的路径的值并添加不存在的路径的值:
mysql> SELECT JSON_SET(@j, '$.b', 1, '$', 2);
+--------------------------------------------+
| JSON_SET(@j, '$.b', 1, '$', 2) |
+--------------------------------------------+
| ["a", {"b": }, ]      |
+--------------------------------------------+在这种情况下,路径\(\.b\选择一个现有值 ( true),该值将替换为路径参数 ( 1) 后面的值。该路径\)不存在,因此将相应的值 ( 2) 添加到 选择的值中$。
JSON_INSERT()添加新值但不替换现有值:
mysql> SELECT JSON_INSERT(@j, '$.b', 1, '$', 2);
+-----------------------------------------------+
| JSON_INSERT(@j, '$.b', 1, '$', 2) |
+-----------------------------------------------+
| ["a", {"b": }, ]      |
+-----------------------------------------------+JSON_REPLACE()替换现有值并忽略新值:
mysql> SELECT JSON_REPLACE(@j, '$.b', 1, '$', 2);
+------------------------------------------------+
| JSON_REPLACE(@j, '$.b', 1, '$', 2) |
+------------------------------------------------+
| ["a", {"b": }, ]             |
+------------------------------------------------+JSON_REMOVE()接受一个 JSON 文档和一个或多个路径,这些路径指定要从文档中删除的值。返回值是原始文档减去文档中存在的路径选择的值:
mysql> SELECT JSON_REMOVE(@j, '$', '$.b', '$.b');
+---------------------------------------------------+
| JSON_REMOVE(@j, '$', '$.b', '$.b') |
+---------------------------------------------------+
| ["a", {"b": }]                              |
+---------------------------------------------------+\(\匹配\ 并删除它。\).b匹配 元素false中 的第一个实例b并将其删除。
不匹配的第二个实例$.b:该元素已被删除,路径不再存在,并且没有效果。
3.5 json比较与排序

JSON值可以使用=, =, , !=, 等操作符,BETWEEN, IN,GREATEST, LEAST等操作符现在还不支持。JSON值使用的两级排序规则,第一级基于JSON的类型,类型不同的使用每个类型特有的排序规则。
JSON类型按照优先级从高到低为
BLOB
BIT
OPAQUE
DATETIME
TIME
DATE
BOOLEAN
ARRAY
OBJECT
STRING
INTEGER, DOUBLE
NULL优先级高的类型大,不用再进行其他的比较操作;如果类型相同,每个类型按自己的规则排序。具体的规则如下:

[*]BLOB/BIT/OPAQUE: 比较两个值前N个字节,如果前N个字节相同,短的值小
[*]DATETIME/TIME/DATE: 按照所表示的时间点排序
[*]BOOLEAN: false小于true
[*]ARRAY: 两个数组如果长度和在每个位置的值相同时相等,如果不想等,取第一个不相同元素的排序结果,空元素最小。例:[] < [“a”] < [“ab”] < [“ab”, “cd”, “ef”] < [“ab”, “ef”]
[*]OBJECT: 如果两个对象有相同的KEY,并且KEY对应的VALUE也都相同,两者相等。否则,两者大小不等,但相对大小未规定。例:{“a”: 1, “b”: 2} =
[*]STRING: 取两个STRING较短的那个长度为N,比较两个值utf8mb4编码的前N个字节,较短的小,空值最小。例:”a” < “ab” < “b” < “bc”;此排序等同于使用 collat​​ion 对 SQL 字符串进行排序utf8mb4_bin。因为 utf8mb4_bin是二进制排序规则,所以 JSON 值的比较区分大小写:”A” < “a”
[*]INTEGER/DOUBLE: 包括精确值和近似值的比较
4 JSON的索引

现在MySQL不支持对JSON列进行索引,官网文档的说明是:
JSON columns cannot be indexed. You can work around this restriction by creating an index on a generated column that extracts a scalar value from the JSON column.
虽然不支持直接在JSON列上建索引,但MySQL规定,可以首先使用路径表达式对JSON文档中的标量值建立虚拟列,然后在虚拟列上建立索引。这样用户可以使用表达式对自己感兴趣的键值建立索引。举个具体的例子来说明:
ALTER TABLE features ADD feature_street VARCHAR(30) AS (JSON_UNQUOTE(feature->"$.properties.STREET"));
ALTER TABLE features ADD INDEX (feature_street);两个步骤,可以对feature列中properties键值下的STREET键(feature->”$.properties.STREET”)创建索引。
其中,feature_street列就是新添加的虚拟列。之所以取名虚拟列,是因为与它对应的还有一个存储列(stored column)。它们最大的区别为虚拟列只修改数据库的metadata,并不会存储真实的数据在硬盘上,读取过程也是实时计算的方式;而存储列会把表达式的列存储在硬盘上。两者使用的场景不一样,默认情况下通过表达式生成的列为虚拟列。
这样虚拟列的添加和删除都会非常快,而在虚拟列上建立索引跟传统的建立索引的方式并没有区别,会提高虚拟列读取的性能,减慢整体插入的性能。虚拟列的特性结合JSON的路径表达式,可以方便的为用户提供高效的键值索引功能。
5 总结


[*]JSON类型无须预定义字段,适合拓展信息的存储
[*]单个JSON文档的大小不能超过4G;单个KEY的大小不能超过两个字节,即64K
[*]JSON类型适合应用于不常更新的静态数据
[*]对搜索较频繁的数据建议增加虚拟列并建立索引
作者:京东物流 王凤辉
来源:京东云开发者社区 自猿其说Tech

来源:https://www.cnblogs.com/Jcloud/p/17593935.html
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