SQL查詢的原理是什么

今天就跟大家聊聊有關SQL查詢的原理是什么，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

前言

SQL 語言無處不在。SQL 已經不僅僅是技術人員的專屬技能了，似乎人人都會寫SQL，就如同人人都是產品經理一樣。如果你是做后臺開發的，那么CRUD就是家常便飯。如果你是做數倉開發的，那么寫SQL可能占據了你的大部分工作時間。我們在理解 SELECT 語法的時候，還需要了解 SELECT 執行時的底層原理。只有這樣，才能讓我們對 SQL 有更深刻的認識。本文分享將逐步分解SQL的執行過程，希望對你有所幫助。

數據準備

本文旨在說明SQL查詢的執行過程，不會涉及太復雜的SQL操作，主要涉及兩張表： citizen 和 city ,具體數據如下所示：

CREATE TABLE citizen ( 
 name CHAR ( 20 ), 
 city_id INT ( 10 ) 
);


CREATE TABLE city (
 city_id INT ( 10 ), 
 city_name CHAR ( 20 ) 
);

INSERT INTO city
VALUES
 ( 1, "上海" ),
 ( 2, "北京" ),
 ( 3, "杭州" );
 
 
INSERT INTO citizen
VALUES
("tom",3),
("jack",2),
("robin",1),
("jasper",3),
("kevin",1),
("rachel",2),
("trump",3),
("lilei",1),
("hanmeiei",1);

查詢執行順序

本文所涉及的查詢語句如下，主要是citizen表與city表進行join，然后篩掉city_name != "上海"的數據，接著按照city_name進行分組，統計每個城市總人數大于2的城市，具體如下：

查詢語句

SELECT 
 city.city_name AS "City",
 COUNT(*) AS "citizen_cnt"
FROM citizen
 JOIN city ON citizen.city_id = city.city_id 
WHERE city.city_name != '上海'
GROUP BY city.city_name
HAVING COUNT(*) >= 2
ORDER BY city.city_name ASC
LIMIT 2

執行步驟

上面SQL查詢語句的書寫書序是：

SELECT ... FROM ... WHERE ... GROUP BY ... HAVING ... ORDER BY ...

但是執行順序并不是這樣，具體的執行順序如下步驟所示：

• 1.獲取數據 ( From, Join )
• 2.過濾數據 ( Where )
• 3.分組 ( Group by )
• 4.分組過濾 ( Having )
• 5.返回查詢字段 ( Select )
• 6.排序與分頁 ( Order by & Limit / Offset )
   

尖叫提示：本文旨在說明通用的SQL執行底層原理，對于其優化技術不做考慮，比如謂詞下推、投影下推等等。

執行的底層原理

其實上面所說的SQL執行順序就是所謂的底層原理，當我們在執行SELECT語句時，每個步驟都會產生一張 虛擬表(virtual table） ，在執行下一步驟時，會將該虛擬表作為輸入。指的注意的是，這些過程是對用戶透明的。

你可以注意到，SELECT 是先從FROM 這一步開始執行的。在這個階段，如果是多張表進行JOIN，還會經歷下面的幾個步驟：

獲取數據 ( From, Join )

• 首先會通過 CROSS JOIN 求笛卡爾積，相當于得到虛擬表 vt1-1；
• 接著通過ON 條件進行篩選，虛擬表 vt1-1 作為輸入，輸出虛擬表 vt1-2；
• 添加外部行。我們使用的是左連接、右鏈接或者全連接，就會涉及到外部行，也就是在虛擬表 vt1-2 的基礎上增加外部行，得到虛擬表 vt1-3
   

過濾數據 ( Where )

經過上面的步驟，我們得到了一張最終的虛擬表vt1，在此表之上作用where過濾，通過篩選條件過濾掉不滿足條件的數據，從而得到虛擬表vt2。

分組 ( Group by )

經過where過濾操作之后，得到vt2。接下來進行GROUP BY操作，得到中間的虛擬表vt3。

分組過濾 ( Having )

在虛擬表vt3的基礎之上，使用having過濾掉不滿足條件的聚合數據，得到vt4。

返回查詢字段 ( Select )

當我們完成了條件篩選部分之后，就可以篩選表中提取的字段，也就是進入到 SELECT 和 DISTINCT 階段。首先在 SELECT 階段會提取目標字段，然后在 DISTINCT 階段過濾掉重復的行，分別得到中間的虛擬表 vt5-1 和 vt5-2。

排序與分頁 ( Order by & Limit / Offset )

當我們提取了想要的字段數據之后，就可以按照指定的字段進行排序，也就是 ORDER BY 階段，得到虛擬表 vt6。最后在 vt6 的基礎上，取出指定行的記錄，也就是 LIMIT 階段，得到最終的結果，對應的是虛擬表 vt7

詳細執行步驟分析

Step 1:獲取數據 ( From, Join )

FROM citizen
JOIN city

該過程的第一步是執行From子句中的語句，然后執行Join子句。這些操作的結果是得到兩個表的笛卡爾積。

在FROM和JOIN執行結束之后，會按照JOIN的ON條件，篩選所需要的行

ON citizen.city_id = city.city_id

Step 2:過濾數據 ( Where )

獲得滿足條件的行后，將傳遞給Where子句。這將使用條件表達式評估每一行。如果行的計算結果不為true，則會將其從集合中刪除。

WHERE city.city_name != '上海'

Step 3:分組 ( Group by )

下一步是執行Group by子句，它將具有相同值的行分為一組。此后，將按組對所有Select表達式進行評估，而不是按行進行評估。

GROUP BY city.city_name

Step 4:分組過濾 ( Having )

對分組后的數據使用Having子句所包含的謂詞進行過濾

HAVING COUNT(*) >= 2

Step 5:返回查詢字段 ( Select )

在此步驟中，處理器將評估查詢結果將要打印的內容，以及是否有一些函數要對數據運行，例如Distinct，Max，Sqrt，Date，Lower等等。本案例中，SELECT子句只會打印城市名稱和其對應分組的count(*)值，并使用標識符“ City”作為city_name列的別名。

SELECT 
 city.city_name AS "City",
 COUNT(*) AS "citizen_cnt"

Step 6:排序與分頁 ( Order by & Limit / Offset )

查詢的最后處理步驟涉及結果集的排序與輸出大小。在我們的示例中，按照字母順序升序排列，并輸出兩條數據結果。

ORDER BY city.city_name ASC
LIMIT 2

看完上述內容，你們對SQL查詢的原理是什么有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。