數據庫中間件 Sharding-JDBC 源碼分析 —— SQL 解析（二）之SQL解析【推薦閱讀】
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1. 概述
上篇文章《詞法解析》分享了詞法解析器Lexer是如何解析 SQL 裏的詞法。本文分享SQL解析引擎是如何解析與理解 SQL的。由於本文創建在《詞法解析》之上，你須要閱讀它後在開始這段旅程。🙂若是對詞法解析不徹底理解，請給個人公衆號（芋艿的後端小屋）留言，我會逐條認真耐心回覆。git
區別於 Lexer，Parser 理解SQL：github
- 提煉分片上下文
- 標記須要SQL改寫的部分
Parser 有三個組件：sql
- SQLParsingEngine ：SQL 解析引擎
- SQLParser ：SQL 解析器
- StatementParser ：SQL語句解析器
SQLParsingEngine 調用 StatementParser 解析 SQL。
StatementParser 調用 SQLParser 解析 SQL 表達式。
SQLParser 調用 Lexer 解析 SQL 詞法。數據庫
😜 是否是以爲 SQLParser 和 StatementParser 看起來很接近？下文爲你揭開這個答案。express
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2. SQLParsingEngine
SQLParsingEngine，SQL 解析引擎。其 #parse() 方法做爲 SQL 解析入口，自己不帶複雜邏輯，經過調用 SQL 對應的 StatementParser 進行 SQL 解析。微信
核心代碼以下：app
// SQLParsingEngine.java
public SQLStatement parse() {
// 獲取 SQL解析器
SQLParser sqlParser = getSQLParser();
//
sqlParser.skipIfEqual(Symbol.SEMI); // 跳過 ";"
if (sqlParser.equalAny(DefaultKeyword.WITH)) { // WITH Syntax
skipWith(sqlParser);
}
// 獲取對應 SQL語句解析器 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());
}複製代碼
3. SQLParser SQL解析器
SQLParser，SQL 解析器。和詞法解析器 Lexer 同樣，不一樣數據庫有不一樣的實現。函數
類圖以下（包含全部屬性和方法）（放大圖片）：
3.1 AbstractParser
AbstractParser，SQLParser 的抽象父類，對 Lexer 簡單封裝。例如：
#skipIfEqual()：判斷當前詞法標記類型是否與其中一個傳入值相等#equalAny()：判斷當前詞法標記類型是否與其中一個傳入值相等
這裏有一點咱們須要注意，SQLParser 並非等 Lexer 解析完詞法( Token )，再根據詞法去理解 SQL。而是，在理解 SQL 的過程當中，調用 Lexer 進行分詞。
// SQLParsingEngine.java#parse()片斷
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;
}複製代碼
- ↑↑↑ 判斷當前詞法是否爲 SELECT。實際 AbstractParser 只知道當前詞法，並不知道後面還有哪些詞法，也不知道以前有哪些詞法。
咱們來看 AbstractParser 裏比較複雜的方法 #skipParentheses() 幫助你們再理解下。請認真看代碼註釋噢。
// AbstractParser.java
/** * 跳太小括號內全部的詞法標記. * * @return 小括號內全部的詞法標記 */
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();
}
// 到達結尾 或者 匹配合適數的)右括號
if (Assist.END == getLexer().getCurrentToken().getType() || (Symbol.RIGHT_PAREN == getLexer().getCurrentToken().getType() && 0 == count)) {
break;
}
// 處理裏面有多個括號的狀況，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--;
}
// 下一個詞法
getLexer().nextToken();
}
// 得到括號內的內容
result.append(getLexer().getInput().substring(beginPosition, getLexer().getCurrentToken().getEndPosition()));
// 下一個詞法
getLexer().nextToken();
}
return result.toString();
}複製代碼
這個類其它方法很重要，邏輯相對簡單，咱們就不佔用篇幅了。你們必定要看喲，後面調用很是很是多。AbstractParser.java 傳送門。👼也能夠關注個人公衆號（芋艿的後端小屋）發送關鍵字【sjdbc】獲取增長方法內註釋的項目地址。
3.2 SQLParser
SQLParser，SQL 解析器，主要提供只考慮 SQL 塊的解析方法，不考慮 SQL 上下文。下文即將提到的 StatementParser 將 SQL 拆成對應的塊，調用 SQLParser 進行解析。🤓 這麼說，可能會有些抽象，咱們下面來一塊兒看。
SQLParser 看起來方法特別多，合併下一共 5 種：
| 方法 | 說明 |
|---|---|
| #parseExpression() | 解析表達式 |
| #parseAlias() | 解析別名 |
| #parseSingleTable() | 解析單表 |
| #skipJoin() | 跳過表關聯詞法 |
| #parseWhere() | 解析查詢條件 |
看了這 5 個方法是否有點理解了？SQLParser 不考慮 SQL 是 SELECT / INSERT / UPDATE / DELETE ，它考慮的是，給個人是 WHERE 處解析查詢條件，或是 INSERT INTO 解析單表 等，提供 SELECT / INSERT / UPDATE / DELETE 須要的 SQL 塊公用解析。
3.2.1 #parseExpression() 和 SQLExpression
SQLExpression，SQL表達式接口。目前 6 種實現：
| 類 | 說明 | 對應Token |
|---|---|---|
| SQLIdentifierExpression | 標識表達式 | Literals.IDENTIFIER |
| SQLPropertyExpression | 屬性表達式 | 無 |
| SQLNumberExpression | 數字表達式 | Literals.INT, Literals.HEX |
| SQLPlaceholderExpression | 佔位符表達式 | Symbol.QUESTION |
| SQLTextExpression | 字符表達式 | Literals.CHARS |
| SQLIgnoreExpression | 分片中無需關注的SQL表達式 | 無 |
- SQLPropertyExpression 例如：
SELECT * FROM t_order o ORDER BY o.order_id中的o.order_id。SQLPropertyExpression 從 SQLIdentifierExpression 進一步判斷解析而來。
- SQLIgnoreExpression 例如：
SELECT * FROM t_order o ORDER BY o.order_id % 2中的o.order_id % 2。複合表達式都會解析成 SQLIgnoreExpression。
解析 SQLExpression 核心代碼以下：
// SQLParser.java
/** * 解析表達式. * * @return 表達式 */
// TODO 完善Expression解析的各類場景
public final SQLExpression parseExpression() {
// 解析表達式
String literals = getLexer().getCurrentToken().getLiterals();
final SQLExpression expression = getExpression(literals);
// SQLIdentifierExpression 須要特殊處理。考慮自定義函數，表名.屬性狀況。
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;
}
/** * 得到 詞法Token 對應的 SQLExpression * * @param literals 詞法字面量標記 * @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 考慮long的狀況
if (equalAny(Literals.INT)) {
return new SQLNumberExpression(Integer.parseInt(literals));
}
if (equalAny(Literals.FLOAT)) {
return new SQLNumberExpression(Double.parseDouble(literals));
}
// TODO 考慮long的狀況
if (equalAny(Literals.HEX)) {
return new SQLNumberExpression(Integer.parseInt(literals, 16));
}
if (equalAny(Literals.IDENTIFIER)) {
return new SQLIdentifierExpression(SQLUtil.getExactlyValue(literals));
}
return new SQLIgnoreExpression();
}
/** * 若是是 複合表達式，跳過。 * * @return 是否跳過 */
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;
}
/** * 跳過剩餘複合表達式 */
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();
}
}複製代碼
解析了 SQLExpression 有什麼用呢？咱們會在《查詢SQL解析》、《插入SQL解析》、《更新SQL解析》、《刪除SQL解析》。留個懸念😈，關注個人公衆號（芋艿的後端小屋），實時收到新文更新通知。
3.2.2 #parseAlias()
/** * 解析別名.不只僅是字段的別名，也能夠是表的別名。 * * @return 別名 */
public Optional<String> parseAlias() {
// 解析帶 AS 狀況
if (skipIfEqual(DefaultKeyword.AS)) {
if (equalAny(Symbol.values())) {
return Optional.absent();
}
String result = SQLUtil.getExactlyValue(getLexer().getCurrentToken().getLiterals());
getLexer().nextToken();
return Optional.of(result);
}
// 解析別名
// TODO 增長哪些數據庫識別哪些關鍵字做爲別名的配置
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();
}複製代碼
3.2.3 #parseSingleTable()
/** * 解析單表. * * @param sqlStatement SQL語句對象 */
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);
}複製代碼
3.2.4 #skipJoin()
跳過表關聯詞法，支持 SELECT * FROM t_user, t_order WHERE ..., SELECT * FROM t_user JOIN t_order ON ...。下篇《查詢SQL解析》解析表會用到這個方法。
// SQLParser.java
/** * 跳過表關聯詞法. * * @return 是否表關聯. */
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;
}複製代碼
3.2.5 #parseWhere()
解析 WHERE 查詢條件。目前支持 AND 條件，不支持 OR 條件。近期 OR 條件支持的可能性比較低。另外條件這塊對括號解析須要繼續優化，實際使用請勿寫冗餘的括號。例如：SELECT * FROM tbl_name1 WHERE ((val1=?) AND (val2=?)) AND val3 =?。
根據不一樣的運算操做符，分紅以下狀況：
| 運算符 | 附加條件 | 方法 |
|---|---|---|
| = | #parseEqualCondition() | |
| IN | #parseInCondition() | |
| BETWEEN | #parseBetweenCondition() | |
| <, <=, >, >= | Oracle 或 SQLServer 分頁 | #parseRowNumberCondition() |
| <, <=, >, >= | #parseOtherCondition() | |
| LIKE | parseOtherCondition |
代碼以下：
// SQLParser.java
/** * 解析全部查詢條件。 * 目前不支持 OR 條件。 * * @param sqlStatement SQL */
private void parseConditions(final SQLStatement sqlStatement) {
// AND 查詢
do {
parseComparisonCondition(sqlStatement);
} while (skipIfEqual(DefaultKeyword.AND));
// 目前不支持 OR 條件
if (equalAny(DefaultKeyword.OR)) {
throw new SQLParsingUnsupportedException(getLexer().getCurrentToken().getType());
}
}
// TODO 解析組合expr
/** * 解析單個查詢條件 * * @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);
}複製代碼
#parseComparisonCondition() 解析到 左SQL表達式(left) 和 運算符，調用相應方法進一步處理。咱們選擇 #parseEqualCondition() 看下，其餘方法有興趣跳轉 SQLParser 查看。
// SQLParser.java
/** * 解析 = 條件 * * @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 若是有多表,且找不到column是哪一個表的,則不加入condition,之後須要解析binding table
if ((sqlStatement.getTables().isSingleTable() || left instanceof SQLPropertyExpression)
// 只有對路由結果有影響的纔會添加到 conditions。SQLPropertyExpression 和 SQLIdentifierExpression 沒法判斷，因此未加入 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);
}
}
}複製代碼
#parseEqualCondition() 解析到 右SQL表達式(right)，並判斷 左右SQL表達式 與路由邏輯是否有影響，若是有，則加入到 Condition。這個就是 #parseWhere() 的目的：解析 WHERE 查詢條件對路由有影響的條件。《路由》相關的邏輯，會單獨開文章介紹。這裏，咱們先留有映像。
4. StatementParser SQL語句解析器
4.1 StatementParser
StatementParser，SQL語句解析器。每種 SQL，都有相應的 SQL語句解析器實現。不一樣數據庫，繼承這些 SQL語句解析器，實現各自 SQL 上的差別。大致結構以下：
SQLParsingEngine 根據不一樣 SQL 調用對應工廠建立 StatementParser。核心代碼以下：
public final class SelectParserFactory {
/** * 建立Select語句解析器. * * @param sqlParser SQL解析器 * @return Select語句解析器 */
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()));
}
}複製代碼
調用 StatementParser#parse() 實現方法，對 SQL 進行解析。具體解析過程，另開文章分享。
4.2 Statement
不一樣 SQL 解析後，返回對應的 SQL 結果,即 Statement。大致結構以下：
Statement 包含兩部分信息：
分片上下文：用於 SQL 路由。
SQL 標記對象：用於 SQL 改寫。
咱們會在後文增刪改查SQL解析的過程當中分享到它們。
4.3 預告
| Parser | Statement | 分享文章 |
|---|---|---|
| SelectStatementParser | SelectStatement + AbstractSQLStatement | 《查詢SQL解析》 |
| InsertStatementParser | InsertStatement | 《插入SQL解析》 |
| UpdateStatementParser | UpdateStatement | 《更新SQL解析》 |
| DeleteStatementParser | DeleteStatement | 《刪除SQL解析》 |
5. 彩蛋
老鐵，是否是有丟丟長？
若是有地方錯誤，煩請指出🙂。
若是有地方不是很理解，能夠加個人公衆號（芋艿的後端小屋）留言，我會逐條認真耐心回覆。
若是以爲還湊合，勞駕分享朋友圈或者基佬。
《查詢SQL解析》已經寫了一半，預計很快...
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