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数据库中间件 Sharding-JDBC 源码分析 —— SQL 解析(二)之SQL解析

芋道源码
 芋道源码
发布于 2017/07/30 23:22
字数 2953
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1. 概述

上篇文章《词法解析》分享了词法解析器Lexer是如何解析 SQL 里的词法。本文分享SQL解析引擎是如何解析与理解 SQL的。因为本文建立在《词法解析》之上,你需要阅读它后在开始这段旅程。🙂如果对词法解析不完全理解,请给我的公众号**(芋艿的后端小屋留言,我会逐条认真耐心**回复。

区别于 Lexer,Parser 理解SQL

  • 提炼分片上下文
  • 标记需要SQL改写的部分

Parser 有三个组件:

  • SQLParsingEngine :SQL 解析引擎
  • SQLParser :SQL 解析器
  • StatementParser :SQL语句解析器

SQLParsingEngine 调用 StatementParser 解析 SQL。
StatementParser 调用 SQLParser 解析 SQL 表达式。
SQLParser 调用 Lexer 解析 SQL 词法。

😜 是不是觉得 SQLParser 和 StatementParser 看起来很接近?下文为你揭开这个答案。

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2. SQLParsingEngine

SQLParsingEngine,SQL 解析引擎。其 #parse() 方法作为 SQL 解析入口,本身不带复杂逻辑,通过调用 SQL 对应的 StatementParser 进行 SQL 解析。

核心代码如下:

// SQLParsingEngine.java
public SQLStatement parse() {
   // 获取 SQL解析器
   SQLParser sqlParser = getSQLParser();
   //
   sqlParser.skipIfEqual(Symbol.SEMI); // 跳过 ";"
   if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.WITH)) { // WITH Syntax
       skipWith(sqlParser);
   }
   // 获取对应 SQL语句解析器 解析SQL
   if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.SELECT)) {
       return SelectParserFactory.newInstance(sqlParser).parse();
   }
   if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.INSERT)) {
       return InsertParserFactory.newInstance(shardingRule, sqlParser).parse();
   }
   if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.UPDATE)) {
       return UpdateParserFactory.newInstance(sqlParser).parse();
   }
   if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.DELETE)) {
       return DeleteParserFactory.newInstance(sqlParser).parse();
   }
   throw new SQLParsingUnsupportedException(sqlParser.getLexer().getCurrentToken().getType());
}

3. SQLParser SQL解析器

SQLParser,SQL 解析器。和词法解析器 Lexer 一样,不同数据库有不同的实现。

类图如下(包含所有属性和方法)(放大图片):

3.1 AbstractParser

AbstractParser,SQLParser 的抽象父类,对 Lexer 简单封装。例如:

  • #skipIfEqual():判断当前词法标记类型是否与其中一个传入值相等
  • #equalAny():判断当前词法标记类型是否与其中一个传入值相等

这里有一点我们需要注意,SQLParser 并不是等 Lexer 解析完词法( Token ),再根据词法去理解 SQL。而是,在理解 SQL 的过程中,调用 Lexer 进行分词。

// SQLParsingEngine.java#parse()片段
if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.SELECT)) {
    return SelectParserFactory.newInstance(sqlParser).parse();
}

// AbstractParser.java
public final boolean equalAny(final TokenType... tokenTypes) {
   for (TokenType each : tokenTypes) {
       if (each == lexer.getCurrentToken().getType()) {
           return true;
       }
   }
   return false;
}
  • ↑↑↑ 判断当前词法是否为 SELECT。实际 AbstractParser 只知道当前词法,并不知道后面还有哪些词法,也不知道之前有哪些词法。

我们来看 AbstractParser 里比较复杂的方法 #skipParentheses() 帮助大家再理解下。请认真看代码注释噢。

// AbstractParser.java
/**
* 跳过小括号内所有的词法标记.
*
* @return 小括号内所有的词法标记
*/
public final String skipParentheses() {
   StringBuilder result = new StringBuilder("");
   int count = 0;
   if (Symbol.LEFT_PAREN == getLexer().getCurrentToken().getType()) {
       final int beginPosition = getLexer().getCurrentToken().getEndPosition();
       result.append(Symbol.LEFT_PAREN.getLiterals());
       getLexer().nextToken();
       while (true) {
           if (equalAny(Symbol.QUESTION)) {
               increaseParametersIndex();
           }
           // 到达结尾 或者 匹配合适数的)右括号
           if (Assist.END == getLexer().getCurrentToken().getType() || (Symbol.RIGHT_PAREN == getLexer().getCurrentToken().getType() && 0 == count)) {
               break;
           }
           // 处理里面有多个括号的情况,例如:SELECT COUNT(DISTINCT(order_id) FROM t_order
           if (Symbol.LEFT_PAREN == getLexer().getCurrentToken().getType()) {
               count++;
           } else if (Symbol.RIGHT_PAREN == getLexer().getCurrentToken().getType()) {
               count--;
           }
           // 下一个词法
           getLexer().nextToken();
       }
       // 获得括号内的内容
       result.append(getLexer().getInput().substring(beginPosition, getLexer().getCurrentToken().getEndPosition()));
       // 下一个词法
       getLexer().nextToken();
   }
   return result.toString();
}

这个类其它方法很重要,逻辑相对简单,我们就不占用篇幅了。大家一定要看哟,后面调用非常非常多。AbstractParser.java 传送门。👼也可以关注我的公众号**(芋艿的后端小屋发送关键字【sjdbc】获取增加方法内注释的项目地址**。

3.2 SQLParser

SQLParser,SQL 解析器,主要提供只考虑 SQL 块的解析方法,不考虑 SQL 上下文。下文即将提到的 StatementParser 将 SQL 拆成对应的,调用 SQLParser 进行解析。🤓 这么说,可能会有些抽象,我们下面来一起看。

SQLParser 看起来方法特别多,合并下一共 5 种:

方法 说明
#parseExpression() 解析表达式
#parseAlias() 解析别名
#parseSingleTable() 解析单表
#skipJoin() 跳过表关联词法
#parseWhere() 解析查询条件

看了这 5 个方法是否有点理解了?SQLParser 不考虑 SQL 是 SELECT / INSERT / UPDATE / DELETE ,它考虑的是,给我的是 WHERE 处解析查询条件,或是 INSERT INTO 解析单表 等,提供 SELECT / INSERT / UPDATE / DELETE 需要的 SQL 块公用解析。

3.2.1 #parseExpression() 和 SQLExpression

SQLExpression,SQL表达式接口。目前 6 种实现:

说明 对应Token
SQLIdentifierExpression 标识表达式 Literals.IDENTIFIER
SQLPropertyExpression 属性表达式
SQLNumberExpression 数字表达式 Literals.INT, Literals.HEX
SQLPlaceholderExpression 占位符表达式 Symbol.QUESTION
SQLTextExpression 字符表达式 Literals.CHARS
SQLIgnoreExpression 分片中无需关注的SQL表达式

  • SQLPropertyExpression 例如:SELECT * FROM t_order o ORDER BY o.order_id 中的 o.order_idSQLPropertyExpression 从 SQLIdentifierExpression 进一步判断解析而来。
  • SQLIgnoreExpression 例如:SELECT * FROM t_order o ORDER BY o.order_id % 2 中的o.order_id % 2复合表达式都会解析成 SQLIgnoreExpression。

解析 SQLExpression 核心代码如下:

// SQLParser.java
/**
* 解析表达式.
*
* @return 表达式
*/
// TODO 完善Expression解析的各种场景
public final SQLExpression parseExpression() {
   // 解析表达式
   String literals = getLexer().getCurrentToken().getLiterals();
   final SQLExpression expression = getExpression(literals);
   // SQLIdentifierExpression 需要特殊处理。考虑自定义函数,表名.属性情况。
   if (skipIfEqual(Literals.IDENTIFIER)) {
       if (skipIfEqual(Symbol.DOT)) { // 例如,ORDER BY o.uid 中的 "o.uid"
           String property = getLexer().getCurrentToken().getLiterals();
           getLexer().nextToken();
           return skipIfCompositeExpression() ? new SQLIgnoreExpression() : new SQLPropertyExpression(new SQLIdentifierExpression(literals), property);
       }
       if (equalAny(Symbol.LEFT_PAREN)) { // 例如,GROUP BY DATE(create_time) 中的 "DATE(create_time)"
           skipParentheses();
           skipRestCompositeExpression();
           return new SQLIgnoreExpression();
       }
       return skipIfCompositeExpression() ? new SQLIgnoreExpression() : expression;
   }
   getLexer().nextToken();
   return skipIfCompositeExpression() ? new SQLIgnoreExpression() : expression;
}
/**
* 获得 词法Token 对应的 SQLExpression
*
* @param literals 词法字面量标记
* @return SQLExpression
*/
private SQLExpression getExpression(final String literals) {
   if (equalAny(Symbol.QUESTION)) {
       increaseParametersIndex();
       return new SQLPlaceholderExpression(getParametersIndex() - 1);
   }
   if (equalAny(Literals.CHARS)) {
       return new SQLTextExpression(literals);
   }
   // TODO 考虑long的情况
   if (equalAny(Literals.INT)) {
       return new SQLNumberExpression(Integer.parseInt(literals));
   }
   if (equalAny(Literals.FLOAT)) {
       return new SQLNumberExpression(Double.parseDouble(literals));
   }
   // TODO 考虑long的情况
   if (equalAny(Literals.HEX)) {
       return new SQLNumberExpression(Integer.parseInt(literals, 16));
   }
   if (equalAny(Literals.IDENTIFIER)) {
       return new SQLIdentifierExpression(SQLUtil.getExactlyValue(literals));
   }
   return new SQLIgnoreExpression();
}
/**
* 如果是 复合表达式,跳过。
*
* @return 是否跳过
*/
private boolean skipIfCompositeExpression() {
   if (equalAny(Symbol.PLUS, Symbol.SUB, Symbol.STAR, Symbol.SLASH, Symbol.PERCENT, Symbol.AMP, Symbol.BAR, Symbol.DOUBLE_AMP, Symbol.DOUBLE_BAR, Symbol.CARET, Symbol.DOT, Symbol.LEFT_PAREN)) {
       skipParentheses();
       skipRestCompositeExpression();
       return true;
   }
   return false;
}
/**
* 跳过剩余复合表达式
*/
private void skipRestCompositeExpression() {
   while (skipIfEqual(Symbol.PLUS, Symbol.SUB, Symbol.STAR, Symbol.SLASH, Symbol.PERCENT, Symbol.AMP, Symbol.BAR, Symbol.DOUBLE_AMP, Symbol.DOUBLE_BAR, Symbol.CARET, Symbol.DOT)) {
       if (equalAny(Symbol.QUESTION)) {
           increaseParametersIndex();
       }
       getLexer().nextToken();
       skipParentheses();
   }
}

解析了 SQLExpression 有什么用呢?我们会在《查询SQL解析》《插入SQL解析》《更新SQL解析》《删除SQL解析》。留个悬念😈,关注我的公众号**(芋艿的后端小屋)**,实时收到新文更新通知

3.2.2 #parseAlias()

/**
* 解析别名.不仅仅是字段的别名,也可以是表的别名。
*
* @return 别名
*/
public Optional<String> parseAlias() {
   // 解析带 AS 情况
   if (skipIfEqual(DefaultKeyword.AS)) {
       if (equalAny(Symbol.values())) {
           return Optional.absent();
       }
       String result = SQLUtil.getExactlyValue(getLexer().getCurrentToken().getLiterals());
       getLexer().nextToken();
       return Optional.of(result);
   }
   // 解析别名
   // TODO 增加哪些数据库识别哪些关键字作为别名的配置
   if (equalAny(Literals.IDENTIFIER, Literals.CHARS, DefaultKeyword.USER, DefaultKeyword.END, DefaultKeyword.CASE, DefaultKeyword.KEY, DefaultKeyword.INTERVAL, DefaultKeyword.CONSTRAINT)) {
       String result = SQLUtil.getExactlyValue(getLexer().getCurrentToken().getLiterals());
       getLexer().nextToken();
       return Optional.of(result);
   }
   return Optional.absent();
}

3.2.3 #parseSingleTable()

/**
* 解析单表.
*
* @param sqlStatement SQL语句对象
*/
public final void parseSingleTable(final SQLStatement sqlStatement) {
   boolean hasParentheses = false;
   if (skipIfEqual(Symbol.LEFT_PAREN)) {
       if (equalAny(DefaultKeyword.SELECT)) { // multiple-update 或者 multiple-delete
           throw new UnsupportedOperationException("Cannot support subquery");
       }
       hasParentheses = true;
   }
   Table table;
   final int beginPosition = getLexer().getCurrentToken().getEndPosition() - getLexer().getCurrentToken().getLiterals().length();
   String literals = getLexer().getCurrentToken().getLiterals();
   getLexer().nextToken();
   if (skipIfEqual(Symbol.DOT)) {
       getLexer().nextToken();
       if (hasParentheses) {
           accept(Symbol.RIGHT_PAREN);
       }
       table = new Table(SQLUtil.getExactlyValue(literals), parseAlias());
   } else {
       if (hasParentheses) {
           accept(Symbol.RIGHT_PAREN);
       }
       table = new Table(SQLUtil.getExactlyValue(literals), parseAlias());
   }
   if (skipJoin()) { // multiple-update 或者 multiple-delete
       throw new UnsupportedOperationException("Cannot support Multiple-Table.");
   }
   sqlStatement.getSqlTokens().add(new TableToken(beginPosition, literals));
   sqlStatement.getTables().add(table);
}

3.2.4 #skipJoin()

跳过表关联词法,支持 SELECT * FROM t_user, t_order WHERE ..., SELECT * FROM t_user JOIN t_order ON ...。下篇《查询SQL解析》解析表会用到这个方法。

// SQLParser.java
/**
* 跳过表关联词法.
*
* @return 是否表关联.
*/
public final boolean skipJoin() {
   if (skipIfEqual(DefaultKeyword.LEFT, DefaultKeyword.RIGHT, DefaultKeyword.FULL)) {
       skipIfEqual(DefaultKeyword.OUTER);
       accept(DefaultKeyword.JOIN);
       return true;
   } else if (skipIfEqual(DefaultKeyword.INNER)) {
       accept(DefaultKeyword.JOIN);
       return true;
   } else if (skipIfEqual(DefaultKeyword.JOIN, Symbol.COMMA, DefaultKeyword.STRAIGHT_JOIN)) {
       return true;
   } else if (skipIfEqual(DefaultKeyword.CROSS)) {
       if (skipIfEqual(DefaultKeyword.JOIN, DefaultKeyword.APPLY)) {
           return true;
       }
   } else if (skipIfEqual(DefaultKeyword.OUTER)) {
       if (skipIfEqual(DefaultKeyword.APPLY)) {
           return true;
       }
   }
   return false;
}

3.2.5 #parseWhere()

解析 WHERE 查询条件。目前支持 AND 条件,不支持 OR 条件。近期 OR 条件支持的可能性比较低。另外条件这块对括号解析需要继续优化,实际使用请勿写冗余的括号。例如:SELECT * FROM tbl_name1 WHERE ((val1=?) AND (val2=?)) AND val3 =?

根据不同的运算操作符,分成如下情况:

运算符 附加条件 方法
= #parseEqualCondition()
IN #parseInCondition()
BETWEEN #parseBetweenCondition()
<, <=, >, >= Oracle 或 SQLServer 分页 #parseRowNumberCondition()
<, <=, >, >= #parseOtherCondition()
LIKE parseOtherCondition

代码如下:

// SQLParser.java
/**
* 解析所有查询条件。
* 目前不支持 OR 条件。
*
* @param sqlStatement SQL
*/
private void parseConditions(final SQLStatement sqlStatement) {
   // AND 查询
   do {
       parseComparisonCondition(sqlStatement);
   } while (skipIfEqual(DefaultKeyword.AND));
   // 目前不支持 OR 条件
   if (equalAny(DefaultKeyword.OR)) {
       throw new SQLParsingUnsupportedException(getLexer().getCurrentToken().getType());
   }
} 
// TODO 解析组合expr
/**
* 解析单个查询条件
*
* @param sqlStatement SQL
*/
public final void parseComparisonCondition(final SQLStatement sqlStatement) {
   skipIfEqual(Symbol.LEFT_PAREN);
   SQLExpression left = parseExpression(sqlStatement);
   if (equalAny(Symbol.EQ)) {
       parseEqualCondition(sqlStatement, left);
       skipIfEqual(Symbol.RIGHT_PAREN);
       return;
   }
   if (equalAny(DefaultKeyword.IN)) {
       parseInCondition(sqlStatement, left);
       skipIfEqual(Symbol.RIGHT_PAREN);
       return;
   }
   if (equalAny(DefaultKeyword.BETWEEN)) {
       parseBetweenCondition(sqlStatement, left);
       skipIfEqual(Symbol.RIGHT_PAREN);
       return;
   }
   if (equalAny(Symbol.LT, Symbol.GT, Symbol.LT_EQ, Symbol.GT_EQ)) {
       if (left instanceof SQLIdentifierExpression && sqlStatement instanceof SelectStatement
               && isRowNumberCondition((SelectStatement) sqlStatement, ((SQLIdentifierExpression) left).getName())) {
           parseRowNumberCondition((SelectStatement) sqlStatement);
       } else if (left instanceof SQLPropertyExpression && sqlStatement instanceof SelectStatement
               && isRowNumberCondition((SelectStatement) sqlStatement, ((SQLPropertyExpression) left).getName())) {
           parseRowNumberCondition((SelectStatement) sqlStatement);
       } else {
           parseOtherCondition(sqlStatement);
       }
   } else if (equalAny(DefaultKeyword.LIKE)) {
       parseOtherCondition(sqlStatement);
   }
   skipIfEqual(Symbol.RIGHT_PAREN);
}

#parseComparisonCondition() 解析到 左SQL表达式(left) 和 运算符,调用相应方法进一步处理。我们选择 #parseEqualCondition() 看下,其他方法有兴趣跳转 SQLParser 查看。

// SQLParser.java
/**
* 解析 = 条件
*
* @param sqlStatement SQL
* @param left 左SQLExpression
*/
private void parseEqualCondition(final SQLStatement sqlStatement, final SQLExpression left) {
   getLexer().nextToken();
   SQLExpression right = parseExpression(sqlStatement);
   // 添加列
   // TODO 如果有多表,且找不到column是哪个表的,则不加入condition,以后需要解析binding table
   if ((sqlStatement.getTables().isSingleTable() || left instanceof SQLPropertyExpression)
           // 只有对路由结果有影响的才会添加到 conditions。SQLPropertyExpression 和 SQLIdentifierExpression 无法判断,所以未加入 conditions
           && (right instanceof SQLNumberExpression || right instanceof SQLTextExpression || right instanceof SQLPlaceholderExpression)) {
       Optional<Column> column = find(sqlStatement.getTables(), left);
       if (column.isPresent()) {
           sqlStatement.getConditions().add(new Condition(column.get(), right), shardingRule);
       }
   }
}

#parseEqualCondition() 解析到 右SQL表达式(right),并判断 左右SQL表达式 与路由逻辑是否有影响,如果有,则加入到 Condition。这个就是 #parseWhere() 的目的:解析 WHERE 查询条件对路由有影响的条件。《路由》相关的逻辑,会单独开文章介绍。这里,我们先留有映像。

4. StatementParser SQL语句解析器

4.1 StatementParser

StatementParser,SQL语句解析器。每种 SQL,都有相应的 SQL语句解析器实现。不同数据库,继承这些 SQL语句解析器,实现各自 SQL 上的差异。大体结构如下:

SQLParsingEngine 根据不同 SQL 调用对应工厂创建 StatementParser。核心代码如下:

public final class SelectParserFactory {
    
    /**
     * 创建Select语句解析器.
     * 
     * @param sqlParser SQL解析器
     * @return Select语句解析器
     */
    public static AbstractSelectParser newInstance(final SQLParser sqlParser) {
        if (sqlParser instanceof MySQLParser) {
            return new MySQLSelectParser(sqlParser);
        }
        if (sqlParser instanceof OracleParser) {
            return new OracleSelectParser(sqlParser);
        }
        if (sqlParser instanceof SQLServerParser) {
            return new SQLServerSelectParser(sqlParser);
        }
        if (sqlParser instanceof PostgreSQLParser) {
            return new PostgreSQLSelectParser(sqlParser);
        }
        throw new UnsupportedOperationException(String.format("Cannot support sqlParser class [%s].", sqlParser.getClass()));
    } 
}

调用 StatementParser#parse() 实现方法,对 SQL 进行解析。具体解析过程,另开文章分享。

4.2 Statement

不同 SQL 解析后,返回对应的 SQL 结果,即 Statement。大体结构如下:

Statement 包含两部分信息:

  • 分片上下文:用于 SQL 路由。

  • SQL 标记对象:用于 SQL 改写。

我们会在后文增删改查SQL解析的过程中分享到它们。

4.3 预告

Parser Statement 分享文章
SelectStatementParser SelectStatement + AbstractSQLStatement 《查询SQL解析》
InsertStatementParser InsertStatement 《插入SQL解析》
UpdateStatementParser UpdateStatement 《更新SQL解析》
DeleteStatementParser DeleteStatement 《删除SQL解析》

5. 彩蛋

老铁,是不是有丢丢长?
如果有地方错误,烦请指出🙂。
如果有地方不是很理解,可以加我的公众号**(芋艿的后端小屋留言,我会逐条认真耐心**回复。
如果觉得还凑合,劳驾分享朋友圈或者基佬。

《查询SQL解析》已经写了一半,预计很快...

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