MySQL 简单查询语句执行过程分析（四）WHERE 查询条件

本文是 MySQL 简单查询语句执行过程分析 6 篇中的第 4 篇，第 1 ~ 3 篇请看这里：

MySQL 简单查询语句执行过程分析（一）词法分析 & 语法分析
MySQL 简单查询语句执行过程分析（二）查询准备阶段
MySQL 简单查询语句执行过程分析（三）从 InnoDB 读数据

今天我们分为 3 个部分来介绍，首先会看一下 where 条件在源码中的结构是什么样的，对 where 条件结构有了初步了解之后，再来看看判断记录是否匹配 where 条件的执行过程。最后，展开讲讲 3 种特殊类型的字段作为 where 条件时，是怎么进行比较的。

内容目录如下：

• where 条件结构
• where 条件比较
• 三种特殊类型字段怎么比较？
  • set 字段
  • enum 字段
  • bit 字段

示例表如下：

 1CREATE TABLE `t_recbuf` (
 2  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 3  `i1` int(10) unsigned DEFAULT '0',
 4  `str1` varchar(32) DEFAULT '',
 5  `str2` varchar(255) DEFAULT '',
 6  `c1` char(11) DEFAULT '',
 7  `e1` enum('北京','上海','广州','深圳','天津','杭州','成都','重庆','苏州','南京','洽尔滨','沈阳','长春','厦门','福州','南昌','泉州','德清','长沙','武汉') DEFAULT '北京',
 8  `s1` set('吃','喝','玩','乐','衣','食','住','行','前后','左右','上下','里外','远近','长短','黑白','水星','金星','地球','火星','木星','土星','天王星','海王星','冥王星') DEFAULT '',
 9  `bit1` bit(8) DEFAULT b'0',
10  `bit2` bit(17) DEFAULT b'0',
11  `blob1` blob,
12  `d1` decimal(10,2) DEFAULT NULL,
13  PRIMARY KEY (`id`)
14) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2001 DEFAULT CHARSET=utf8;

1. where 条件结构

我们平时在写 SQL 的时候，where 条件中会使用括号，也会出现多层 and、or 嵌套的情况，特别是使用各种 ORM 框架时，框架生成的 SQL 语句括号嵌套一层又一层，层峦叠嶂，非常壮观。

MySQL 中多层 where 条件会形成一棵树状结构，每多一个层级，都需要额外的逻辑处理，执行效率上会有一点影响，所以在语法分析阶段，就会对 where 条件的树状结构层级进行简化，可以合并的层级就合并。

上面说的树状结构，不是二叉树或多叉树实现的那种树结构，而是每一层的 Item_cond_and 或者 Item_cond_or 都包含一个子条件数组，而数组中的每个元素可能又是包含子条件数组的 Item_cond_and 或者 Item_cond_or，这样多层就会组成类似树状的结构。

文字描述太抽象，我们用一个例子来说明。

1select * from t_recbuf 
2where (i1 > 1024 and e1 = '成都') 
3or (d1 > 1020.05 and d1 < 1048576.88)

示例 SQL 中的 where 条件结构如下图：

从上图可以看到，where 条件的结构有两层，第一层是 Item_cond_or 类实例，类实例有个 list 属性，是个数组，数组的两个元素都是 Item_cond_and 类实例。

第一个 Item_cond_and 类实例对应 where 条件中的 i1 > 1024 and e1 = '成都'，这个类实例也有个 list 属性，是个数组，数组的两个元素分别是：

• Item_func_gt 类实例，表示 i1 > 1024
• Item_func_eq 类实例，表示 e1 = '成都'

第二个 Item_cond_and 类实例对应 where 条件中的 d1 > 1020.05 and d1 < 1048576.88，这个类实例也有个 list 属性，是个数组，数组的两个元素分别是：

• Item_func_gt 类实例，表示 d1 > 1020.05
• Item_func_lt 类实例，表示 d1 < 1048576.88

2. where 条件比较

还是以上一节 where 条件结构中的示例 SQL 为例来讲述本节的内容。

执行示例 SQL 从存储引擎读取到一条记录后，判断记录是否匹配 where 条件，其入口代码很简单，贴出来看一下：

1// 以下代码中，各行代码之间也省略了其它无关的代码
2Item *condition= qep_tab->condition();
3bool found= TRUE;
4
5if (condition)
6{
7    found= MY_TEST(condition->val_int());
8}

对于示例 SQL 来说，代码中的 condition 就是 Item_cond_or 条件，执行 Item_cond_or::val_int() 时，会遍历 Item_cond_or 条件的 list 数组，判断其中两个 Item_cond_and 条件是否为 true，只要有一个为 true，condition->val_int() 返回 1，表示记录匹配 where 条件。

如果两个 Item_cond_and 条件都为 false，condition->val_int() 返回 0，表示记录不匹配 where 条件。

说完了怎么判断 Item_cond_or 条件是否为 true，再来深入一层，说说怎么判断它的下一层 Item_cond_and 条件是否为 true，我们以第一个 Item_cond_and 为例。

判断第一个 Item_cond_and 条件是否为 true 时，会遍历 list 数组，过程如下：

• 判断 Item_func_gt 条件（i1 > 1024）
  • 如果为 false，结束循环，Item_cond_and 条件最终结果为 false。
  • 如果为 true，还要判断接下来的 Item_func_eq 条件（e1 = '成都'）。
• 判断 Item_func_eq 条件（e1 = '成都'）
  • 如果为 true，则 Item_cond_and 条件最终结果为 true。
  • 如果为 false，则 Item_cond_and 条件最终结果为 false。

接下来，再往下深入一级，以 Item_func_eq 条件（e1 = '成都'）为例说明最末级的 where 条件的判断过程。

Item_func_eq 条件（e1 = '成都' ）中有一个属性 func，是用来比较存储引擎返回的 e1 字段的值是否等于成都的，func 属性在我们讲第二篇（查询准备阶段）时提到过，func 属性的值就是在查询准备阶段确定的，对于 e1 = '成都' 这个 where 条件，func 设置为字符串比较函数。

假设 server 层从存储引擎读取到一条记录，该记录 e1 字段的值为北京，和 where 条件中的成都，按字符串进行相等比较，结果为 false，那么 Item_func_eq 条件就为 false。

3. 三种特殊类型字段怎么比较？

3.1 set 字段

set 类型的字段在 InnoDB 中以整数存储，字段返回给 server 层时也是整数，定义表结构时指定的每一个选项占用 1 bit。

示例表中，s1 字段定义时指定的选项为：吃, 喝, 玩, 乐, 衣, 食, 住, 行, 前后, 左右, 上下, 里外, 远近, 长短, 黑白, 水星, 金星, 地球, 火星, 木星, 土星, 天王星, 海王星, 冥王星。

共 24 个选项，每个选项占用 1 bit，正好占用 3 字节。

假设某条记录的 s1 字段包含 4 个选项：乐、上下、金星、天王星。

• 乐是第 4 个选项，序号为 3，值为 1 << 3 = 8。
• 上下是第 11 个选项，序号为 10，值为 1 << 10 = 1024。
• 金星是第 17 个选项，序号为 16，值为 1 << 16 = 65536。
• 天王星是第 22 个选项，序号为 21，值为 1 << 21 = 2097152。

s1 字段的整数值由 4 个选项按位或计算得到：8 | 1024 | 65536 | 2097152 = 2163720，二进制示意图如下：

server 层读取到 s1 字段的整数值之后，遍历 s1 字段的 24 个选项，判断整数值中选项对应的 bit 是否为 1，如果为 1，则把该选项文本（如上下）追加到 s1 字符串值的后面，用逗号分隔。

遍历完 24 个选项之后，s1 字段的整数值就转换为逗号分隔的字符串了（乐,上下,金星,天王星）。

示例 SQL 1：

1select * from t_recbuf
2where s1 = '水星,金星'

前面读取出来的 s1 字段的字符串值（乐,上下,金星,天王星），和示例 SQL 1 的 where 条件 s1 ='水星,金星'进行比较，不相等，所以这条记录不匹配 where 条件。

从以上内容可知，用 where s1 = '水星,金星'这样的 where 条件只能找到 s1 字段的字符串值完全等于水星,金星的记录，是不能够找到 s1 字段中包含金星的记录的，如果想要查找 s1 字段中包含金星的记录怎么办？这就要用到 find_in_set() 函数了。

示例 SQL 2：

1select * from t_recbuf
2where find_in_set('金星', s1)

还是以前面读取的记录为例，s1 字段包含 4 个选项：乐、上下、金星、天王星，执行示例 SQL 2 读取该记录的 s1 字段时，存储引擎返回的是整数值 2163720。

在语法分析阶段，find_in_set('金星', s1) 中的金星就被解析成选项对应的整数值 1 << 16 = 65536，然后和存储引擎返回的整数值进行按位与（2163720 & 65536 = 65536），计算结果为 65536，表示记录的 s1 字段中包含金星。

3.2 enum 字段

示例表中 e1 字段各选项及其对应的整数值如下图：

示例 SQL 1：

1select * from t_recbuf
2where e1 = '成都'

执行示例 SQL 1，当读取到 e1 字段字符串值为长春的记录时，存储引擎返回的整数值为 13，server 层会把整数值 13 转换为对应的字符串值长春，然后和 where 条件中的成都进行等值比较，结果为不相等。

当读取到 e1 字段字符串值为成都的记录时，存储引擎返回的整数值为 7，server 层会把 7 转换为对应的字符串值成都，然后和 where 条件中的成都进行等值比较，结果为相等。

示例 SQL 2：

1select * from t_recbuf
2where e1 = 7

执行示例 SQL 2，当读取到 e1 字段字符串值为长春的记录时，存储引擎返回的整数值为 13，不需要转换为字符串，直接和 where 条件中的 7 进行等值比较，结果为不相等。

当读取到 e1 字段字符串值为成都的记录时，存储引擎返回的整数值为 7，不需要转换为字符串，直接和 where 条件中的 7 进行等值比较，结果为相等。

3.3 bit 字段

bit 类型的字段，存储引擎以 C/C++ 中的 char 指针指向一块内存区域的形式，把字段内容返回给 server 层，server 层会把 char 指针指向的内存区域的内容转换为 where 条件中的值类型，然后进行比较。

所以，可以用整数、二进制作为 where 条件的值，和 bit 类型字段进行相等比较，或者进行按位与、按位或、按位异或这样的位操作，下面我们来举例说明。

示例 SQL 1：

1select * from t_recbuf
2where bit1 = 220

示例 SQL 1 中，用整数 220 作为 where 条件的值进行查询，server 层会把 char 指针指向的内存区域中内容转换为整数，再和 where 条件中的 220 进行比较。

示例 SQL 2：

1select * from t_recbuf
2where bit1 = b'11011100'

示例 SQL 2 中，我原来想象的是 server 层不会对存储引擎返回的 bit1 字段的内容进行类型转换，而是直接和二进制 b'11011100' 进行相等比较，但实际上，server 层会把存储引擎返回的 bit1 字段的内容转换为浮点数，并且也会把 where 条件中的二进制 b'11011100' 转换为浮点数，然后把两个浮点数进行比较，如果两个浮点数完全相等，或者它们的差值小于 0.5 时，都会被认为相等。

上面说的差值小于 0.5 中的 0.5 不是在代码中写死的，是计算得到的，可能根据字段的不同定义计算出来的值不一样，这个我们就不纠结了，知道有这么回事就行。

示例 SQL 3：

1select * from t_recbuf
2where bit1 = bit1 | b'100'

当我们想要查询 bit1 字段中第 3 位是 1 的记录时，可以像示例 SQL 3 中一样，把 bit1 = bit1 | b'100' 作为 where 条件。

二进制显示时，高位在左边，低位在右边，第 3 位，是从右往左数的。

示例 SQL 3 的执行还是有点出乎意料，server 层会把存储引擎返回的内容转换为整数，然后把 where 条件中的 bit1 | b'100' 也计算出来得到一个整数，然后和 bit1 字段的整数值进行比较。

假设某条记录的 bit1 字段的二进制为 00000111，转换为整数 7，b'100' 转换为整数 4，然后用 7 和 4 进行按位或（7 | 4）得到 7，再和 bit1 字段的整数值 7 进行比较，判断记录是否和 where 条件匹配。

把示例 SQL 3 修改为以下 SQL 时，和示例 SQL 3 得到的结果是一样的，执行过程也基本上相同。

1-- 把 b'100' 替换为 4，效果是一样的
2select * from t_recbuf
3where bit1 = bit1 | 4

以上，就是本文的全部内容了，感谢大家花时间阅读，如果觉得有用，还请帮忙转发朋友圈，让更多的人看到，大家一起进步，谢谢 ^_^

预告一下，下一篇要写的内容是 MySQL 简单查询语句执行过程分析（五）发送数据，敬请关注！