SQL中的where條件，在數據庫中提取與應用淺析

給定一條SQL，如何提取其中的where條件？where條件中的每一個子條件，在SQL執行的過程當中有分別起着什麼樣的做用？

關係型數據庫中的數據組織

關係型數據庫中，數據組織涉及到兩個最基本的結構：表與索引。

表中存儲的是完整記錄，通常有兩種組織形式：堆表(全部的記錄無序存儲)，或者是聚簇索引表(全部的記錄，按照記錄主鍵進行排序存儲)。

索引中存儲的是完整記錄的一個子集，用於加速記錄的查詢速度，索引的組織形式，通常均爲B+樹結構。

測試

讓咱們建立一張測試表，爲表新增幾個索引，而後插入幾條記錄，最後看看錶的完整數據組織、存儲結構式怎麼樣的。

create table t1 (a int primary key, b int, c int, d int, e varchar(20));
create index idx_t1_bcd on t1(b, c, d);
insert into t1 values (4,3,1,1,’d’);
insert into t1 values (1,1,1,1,’a’);
insert into t1 values (8,8,8,8,’h’):
insert into t1 values (2,2,2,2,’b’);
insert into t1 values (5,2,3,5,’e’);
insert into t1 values (3,3,2,2,’c’);
insert into t1 values (7,4,5,5,’g’);
insert into t1 values (6,6,4,4,’f’);

t1表的存儲結構以下圖所示(只畫出了idx_t1_bcd索引與t1表結構，沒有包括t1表的主鍵索引)：

idx_t1_bcd索引上有[b,c,d]三個字段（如果InnoDB類的聚簇索引表，idx_t1_bcd上還會包括主鍵a字段），idx_t1_bcd索引，首先按照b字段排序，b字段相同，則按照c字段排序，以此類推

SQL的where條件提取

考慮如下的一條SQL，會走idx_t1_bcd索引

select * from t1 where b >= 2 and b < 8 and c > 1 and d != 4 and e != ‘a’;

思考這條SQL的幾個關鍵性問題：

此SQL，覆蓋索引idx_t1_bcd上的哪一個範圍？
起始範圍：記錄[2,2,2]是第一個須要檢查的索引項。索引發始查找範圍由b >= 2，c > 1決定。
終止範圍：記錄[8,8,8]是第一個不須要檢查的記錄，而以前的記錄均須要判斷。索引的終止查找範圍由b < 8決定；

在肯定了查詢的起始、終止範圍以後，SQL中還有哪些條件可使用索引idx_t1_bcd過濾？
固定了索引的查詢範圍[(2,2,2),(8,8,8))以後，此索引範圍中並非每條記錄都是知足where查詢條件的。例如：(3,1,1)不知足c > 1的約束；(6,4,4)不知足d != 4的約束。而c，d列，都可在索引idx_t1_bcd中過濾掉不知足條件的索引記錄的。
所以，SQL中還可使用c > 1 and d != 4條件進行索引記錄的過濾。

在肯定了索引中最終可以過濾掉的條件以後，還有哪些條件是索引沒法過濾的？
顯而易見，e !='a'這個查詢條件，沒法在索引idx_t1_bcd上進行過濾，由於索引並未包含e列。e列只在堆表上存在，爲了過濾此查詢條件，必須將已經知足索引查詢條件的記錄回表，取出表中的e列，而後使用e列的查詢條件e != ‘a’進行最終的過濾。

在理解以上的問題解答的基礎上，作一個抽象，可總結出一套放置於全部SQL語句而皆準的where查詢條件的提取規則：
可概括爲3大類：Index Key (First Key & Last Key)，Index Filter，Table Filter。

Index Key

用於肯定SQL查詢在索引中的連續範圍的查詢條件，被稱之爲Index Key。一個範圍包含一個起始與一個終止，所以Index Key也被拆分爲Index First Key和Index Last Key，分別用於定位索引查找的起始，以及索引查詢的終止條件。

Index First Key
提取規則：從索引的第一個鍵值開始，檢查其在where條件中是否存在，若存在而且條件是=、>=，則將對應的條件加入Index First Key之中，繼續讀取索引的下一個鍵值，使用一樣的提取規則；若存在而且條件是>，則將對應的條件加入Index First Key中，而後終止Index First Key的提取。
針對上面的SQL，應用這個提取規則，提取出來的Index First Key爲(b >= 2, c > 1)。因爲c的條件爲 >，提取結束，不包括d。

Index Last Key
與Index First Key正好相反，用於肯定索引查詢的終止範圍。提取規則：從索引的第一個鍵值開始，檢查其在where條件中是否存在，若存在而且條件是=、<=，則將對應條件加入到Index Last Key中，繼續提取索引的下一個鍵值，使用一樣的提取規則；若存在而且條件是 < ，則將條件加入到Index Last Key中，同時終止提取；若不存在，一樣終止Index Last Key的提取。
針對上面的SQL，應用這個提取規則，提取出來的Index Last Key爲(b < 8)，因爲是 < 符號，所以提取b以後結束。

Index Filter

在Index Key的提取以後固定了索引的查詢範圍，可是此範圍中的項，並不都是知足查詢條件的項。在上面的SQL用例中，(3,1,1)，(6,4,4)均屬於範圍中，可是均不知足SQL的查詢條件。

Index Filter的提取規則：一樣從索引列的第一列開始，檢查其在where條件中是否存在：
1 若存在而且where條件僅爲 =，則跳過第一列繼續檢查索引下一列，下一索引列採起與索引第一列一樣的提取規則；
2 若where條件爲 >=、>、<、<= 其中的幾種，則跳過索引第一列，將其他where條件中索引相關列所有加入到Index Filter之中；
3 若索引第一列的where條件包含 =、>=、>、<、<= 以外的條件，則將此條件以及其他where條件中索引相關列所有加入到Index Filter之中；
4 若第一列不包含查詢條件，則將全部索引相關條件均加入到Index Filter之中。

針對上面的用例SQL，索引第一列只包含 >=、< 兩個條件，所以第一列可跳過，將餘下的c、d兩列加入到Index Filter中。所以得到的Index Filter爲 c > 1 and d != 4 。

Table Filter

Table Filter是最簡單，也是提取最爲方便的。提取規則：全部不屬於索引列的查詢條件，均歸爲Table Filter之中。
針對上面的用例SQL，Table Filter就爲 e != 'a'。

總結

SQL語句中的where條件，使用以上的提取規則，最終都會被提取到Index Key (First Key & Last Key)，Index Filter與Table Filter之中。 Index First Key，只是用來定位索引的起始範圍，在索引第一次Search Path(沿着索引B+樹的根節點一直遍歷，到索引正確的葉節點位置)時使用，一次判斷便可； Index Last Key，用來定位索引的終止範圍，所以對於起始範圍以後讀到的每一條索引記錄，均須要判斷是否已經超過了Index Last Key的範圍，若超過，則當前查詢結束； Index Filter，用於過濾索引查詢範圍中不知足查詢條件的記錄，所以對於索引範圍中的每一條記錄，均須要與Index Filter進行對比，若不知足Index Filter則直接丟棄，繼續讀取索引下一條記錄； Table Filter，最後一道where條件的防線，用於過濾經過前面索引的層層考驗的記錄，判斷完整記錄是否知足Table Filter中的查詢條件，若不知足，跳過當前記錄，繼續讀取索引的下一條記錄，若知足，則返回記錄，此記錄知足了where的全部條件。