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JSON 类型几乎已成为互联网及物联网(IoT)的基础数据类型, AnalyticDB PostgreSQL 数据库对JSON数据类型做了完善的支持。并且 AnalyticDB PostgreSQL 6.0版 支持JSONB类型。

这部分介绍对JSON & JSONB数据类型的操作,包括:

  • JSON & JSONB的异同
  • JSON输入输出语法
  • JSON操作符
  • JSONB操作符
  • JSON创建函数
  • JSON处理函数
  • JSONB创建索引
  • 具体协议请参见 JSON 官网

    JSON & JSONB的异同

    JSON和JSONB类型在使用上几乎完全一致,两者的区别主要在存储上,json数据类型直接存储输入文本的完全的拷贝,JSONB数据类型以二进制格式进行存储。同时JSONB相较于JSON更高效,处理速度提升非常大,且支持索引,一般情况下, AnalyticDB PostgreSQL 6.0版 都建议使用JSONB类型替代JSON类型

    JSON输入输出语法

    AnalyticDB PostgreSQL 支持的JSON数据类型的输入和输出语法详见 RFC 7159

    一个JSON数值可以是一个简单值(数字、字符串、true/null/false),数组,对象。下列都是合法的JSON表达式:

    -- 简单标量/简单值
    -- 简单值可以是数字、带引号的字符串、true、false或者null
    SELECT '5'::json;
    -- 零个或者更多个元素的数组(元素类型可以不同)
    SELECT '[1, 2, "foo", null]'::json;
    -- 含有键/值对的对象
    -- 注意对象的键必须总是带引号的字符串
    SELECT '{"bar": "baz", "balance": 7.77, "active": false}'::json;
    -- 数组和对象可以任意嵌套
    SELECT '{"foo": [true, "bar"], "tags": {"a": 1, "b": null}}'::json;

    以上的JSON类型都可以写成JSONB类型的表达式,例如:

    -- 简单标量/简单值,转化为jsonb类型
    SELECT '5'::jsonb;

    JSON操作符

    下表说明了可以用于JSON & JSONB数据类型的操作符。

    text[] 右值字符串数组是否存在任一元素在JSON对象字符串类型的key或者元素中 '{"a":1, "b":2, "c":3}'::jsonb ?| array['b', 'c'] text[] 右值字符串数组是否所有元素在JSON对象字符串类型的key或者元素中 '["a", "b"]'::jsonb ?& array['a', 'b'] to_json (anyelement) 返回该值作为一个合法的JSON对象。数组和组合会被递归处理并且转换成数组和对象。如果输入包含一个从该类型到JSON的造型,会使用该cast函数来执行转换,否则将会产生一个JSON标量值。对于任何非数字、布尔值或空值的标量类型,会使用其文本表示,并且加上适当的引号和转义让它变成一个合法的JSON字符串。 to_json ('Fred said "Hi."'::text) "Fred said \"Hi.\"" array_to_json (anyarray [, pretty_bool]) 返回该数组为一个JSON数组。一个多维数组会变成一个JSON数组的数组。
    说明 如果pretty_bool为true,在第一维元素之间会增加换行。 array_to_json ('{{1,5},{99,100}}'::int[]) [[1,5],[99,100]] row_to_json (record [, pretty_bool]) 返回该行为一个JSON对象。
    说明 如果pretty_bool为true,在第一级别元素之间会增加换行。 row_to_json (row(1,'foo')) {"f1":1,"f2":"foo"} json_each(json) set of key text, value json set of key text, value jsonb 把最外层的JSON对象展开成键/值对的集合。 select * from json_each('{"a":"foo", "b":"bar"}')
     key | value
    -----+-------
     a   | "foo"
     b   | "bar"
    json_each_text(json) set of key text, value text 把最外层的JSON对象展开成键/值对的集合。返回值的类型是text。 select * from json_each_text('{"a":"foo", "b":"bar"}')
     key | value
    -----+-------
     a   | foo
     b   | bar
    json_extract_path(from_json json, VARIADIC path_elems text[]) 返回path_elems指定的JSON值。等效于#>操作符。 json_extract_path('{"f2":{"f3":1},"f4":{"f5":99,"f6":"foo"}}','f4')
    {"f5":99,"f6":"foo"}
    json_extract_path_text(from_json json, VARIADIC path_elems text[]) 返回path_elems指定的JSON值为文本。等效于#>>操作符。 json_extract_path_text('{"f2":{"f3":1},"f4":{"f5":99,"f6":"foo"}}','f4', 'f6') json_object_keys(json) setof text 返回最外层JSON对象中的键集合。 json_object_keys('{"f1":"abc","f2":{"f3":"a", "f4":"b"}}')
     json_object_keys
    ------------------
                               json_populate_record(base anyelement, from_json json)
                               anyelement
                               把Expands the object in from_json中的对象展开成一行,其中的列匹配由base定义的记录类型。
                               select * from json_populate_record(null::myrowtype, '{"a":1,"b":2}')
                               
     a | b
    ---+---
     1 | 2
    json_populate_recordset(base anyelement, from_json json) set of anyelement 将from_json中最外层的对象数组展开成一个行集合,其中的列匹配由base定义的记录类型。 select * from json_populate_recordset(null::myrowtype, '[{"a":1,"b":2},{"a":3,"b":4}]')
     a | b
    ---+---
     1 | 2
     3 | 4
    json_array_elements(json) set of json 将一个JSON数组展开成JSON值的一个集合。 select * from json_array_elements('[1,true, [2,false]]')
       value
    -----------
     [2,false]

    JSONB创建索引

    JSONB类型支持GIN, BTree索引。一般情况下,我们会在JSONB类型字段上建GIN索引,语法如下:

    CREATE INDEX idx_name ON table_name USING gin (idx_col);
    CREATE INDEX idx_name ON table_name USING gin (idx_col jsonb_path_ops);
    说明 在JSONB上创建GIN索引的方式有两种:使用默认的jsonb_ops操作符创建和使用jsonb_path_ops操作符创建。两者的区别在jsonb_ops的GIN索引中,JSONB数据中的每个key和value都是作为一个单独的索引项的,而jsonb_path_ops则只为每个value创建一个索引项。

    JSON操作举例

    创建表

    create table tj(id serial, ary int[], obj json, num integer);
    => insert into tj(ary, obj, num) values('{1,5}'::int[], '{"obj":1}', 5);
    INSERT 0 1
    => select row_to_json(q) from (select id, ary, obj, num from tj) as q;
                    row_to_json
    -------------------------------------------
     {"f1":1,"f2":[1,5],"f3":{"obj":1},"f4":5}
    (1 row)
    => insert into tj(ary, obj, num) values('{2,5}'::int[], '{"obj":2}', 5);
    INSERT 0 1
    => select row_to_json(q) from (select id, ary, obj, num from tj) as q;
                    row_to_json
    -------------------------------------------
     {"f1":1,"f2":[1,5],"f3":{"obj":1},"f4":5}
     {"f1":2,"f2":[2,5],"f3":{"obj":2},"f4":5}
    (2 rows)
    说明 JSON 类型不能支持作为分布键来使用;也不支持 JSON 聚合函数。

    多表JOIN

    create table tj2(id serial, ary int[], obj json, num integer);
    => insert into tj2(ary, obj, num) values('{2,5}'::int[], '{"obj":2}', 5);
    INSERT 0 1
    => select * from tj, tj2 where tj.obj->>'obj' = tj2.obj->>'obj';
     id |  ary  |    obj    | num | id |  ary  |    obj    | num
    ----+-------+-----------+-----+----+-------+-----------+-----
      2 | {2,5} | {"obj":2} |   5 |  1 | {2,5} | {"obj":2} |   5
    (1 row)
    => select * from tj, tj2 where json_object_field_text(tj.obj, 'obj') = json_object_field_text(tj2.obj, 'obj');
     id |  ary  |    obj    | num | id |  ary  |    obj    | num
    ----+-------+-----------+-----+----+-------+-----------+-----
      2 | {2,5} | {"obj":2} |   5 |  1 | {2,5} | {"obj":2} |   5
    (1 row)

    JSON 函数索引

    CREATE TEMP TABLE test_json (
           json_type text,
           obj json
    => insert into test_json values('aa', '{"f2":{"f3":1},"f4":{"f5":99,"f6":"foo"}}');
    INSERT 0 1
    => insert into test_json values('cc', '{"f7":{"f3":1},"f8":{"f5":99,"f6":"foo"}}');
    INSERT 0 1
    => select obj->'f2' from test_json where json_type = 'aa';
     ?column?
    ----------
     {"f3":1}
    (1 row)
    => create index i on test_json (json_extract_path_text(obj, '{f4}'));
    CREATE INDEX
    => select * from test_json where json_extract_path_text(obj, '{f4}') = '{"f5":99,"f6":"foo"}';
     json_type |                 obj
    -----------+-------------------------------------------
     aa        | {"f2":{"f3":1},"f4":{"f5":99,"f6":"foo"}}
    (1 row)

    JSONB创建索引

    -- 创建测试表并生成数据
    CREATE TABLE jtest1 (
        id int,
        jdoc json
    CREATE OR REPLACE FUNCTION random_string(INTEGER)
    RETURNS TEXT AS
    $BODY$
    SELECT array_to_string(
        ARRAY (
            SELECT substring(
                '0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
                FROM (ceil(random()*62))::int FOR 1
            FROM generate_series(1, $1)
    $BODY$
    LANGUAGE sql VOLATILE;
    insert into jtest1 select t.seq, ('{"a":{"a1":"a1a1", "a2":"a2a2"}, 
    "name":"'||random_string(10)||'","b":"bbbbb"}')::json from
    generate_series(1, 10000000) as t(seq);
    CREATE TABLE jtest2 (
        id int,
        jdoc jsonb
    CREATE TABLE jtest3 (
        id int,
        jdoc jsonb
    insert into jtest2 select id, jdoc::jsonb from jtest1;
    insert into jtest3 select id, jdoc::jsonb from jtest1;
    -- 建立索引
    CREATE INDEX idx_jtest2 ON jtest2 USING gin(jdoc);
    CREATE INDEX idx_jtest3 ON jtest3 USING gin(jdoc jsonb_path_ops);
    -- 未建索引执行
    EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM jtest1 where jdoc @> '{"name":"N9WP5txmVu"}';
                                                                  QUERY PLAN
    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
     Gather Motion 2:1  (slice1; segments: 2)  (cost=0.00..162065.73 rows=10100 width=88) (actual time=1343.248..1777.605 rows=1 loops=1)
       ->  Seq Scan on jtest2  (cost=0.00..162065.73 rows=5050 width=88) (actual time=0.042..1342.426 rows=1 loops=1)
             Filter: (jdoc @> '{"name": "N9WP5txmVu"}'::jsonb)
     Planning time: 0.172 ms
       (slice0)    Executor memory: 59K bytes.
       (slice1)    Executor memory: 91K bytes avg x 2 workers, 91K bytes max (seg0).
     Memory used:  2047000kB
     Optimizer: Postgres query optimizer
     Execution time: 1778.234 ms
    (9 rows)
    -- 使用jsonb_ops操作符创建索引执行
    EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM jtest2 where jdoc @> '{"name":"N9WP5txmVu"}';
                                                               QUERY PLAN
    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
     Gather Motion 2:1  (slice1; segments: 2)  (cost=88.27..13517.81 rows=10100 width=88) (actual time=0.655..0.659 rows=1 loops=1)
       ->  Bitmap Heap Scan on jtest2  (cost=88.27..13517.81 rows=5050 width=88) (actual time=0.171..0.172 rows=1 loops=1)
             Recheck Cond: (jdoc @> '{"name": "N9WP5txmVu"}'::jsonb)
             ->  Bitmap Index Scan on idx_jtest2  (cost=0.00..85.75 rows=5050 width=0) (actual time=0.217..0.217 rows=1 loops=1)
                   Index Cond: (jdoc @> '{"name": "N9WP5txmVu"}'::jsonb)
     Planning time: 0.151 ms
       (slice0)    Executor memory: 69K bytes.
       (slice1)    Executor memory: 628K bytes avg x 2 workers, 632K bytes max (seg1).  Work_mem: 9K bytes max.
     Memory used:  2047000kB
     Optimizer: Postgres query optimizer
     Execution time: 1.266 ms
    (11 rows)
    -- 使用jsonb_path_ops操作符创建索引执行
    EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM jtest3 where jdoc @> '{"name":"N9WP5txmVu"}';
                                                               QUERY PLAN
    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
     Gather Motion 2:1  (slice1; segments: 2)  (cost=84.28..13513.81 rows=10101 width=88) (actual time=0.710..0.711 rows=1 loops=1)
       ->  Bitmap Heap Scan on jtest3  (cost=84.28..13513.81 rows=5051 width=88) (actual time=0.179..0.181 rows=1 loops=1)
             Recheck Cond: (jdoc @> '{"name": "N9WP5txmVu"}'::jsonb)
             ->  Bitmap Index Scan on idx_jtest3  (cost=0.00..81.75 rows=5051 width=0) (actual time=0.106..0.106 rows=1 loops=1)
                   Index Cond: (jdoc @> '{"name": "N9WP5txmVu"}'::jsonb)
     Planning time: 0.144 ms
       (slice0)    Executor memory: 69K bytes.
       (slice1)    Executor memory: 305K bytes avg x 2 workers, 309K bytes max (seg1).  Work_mem: 9K bytes max.
     Memory used:  2047000kB
     Optimizer: Postgres query optimizer
     Execution time: 1.291 ms
    (11 rows)
                

    下面是Python访问的一个例子:

    #! /bin/env python
    import time
    import json
    import psycopg2
    def gpquery(sql):
        conn = None
            conn = psycopg2.connect("dbname=sanity1x2")
            conn.autocommit = True
            cur = conn.cursor()
            cur.execute(sql)
            return cur.fetchall()
        except Exception as e:
            if conn:
                    conn.close()
                except:
                time.sleep(10)
            print e
        return None
    def main():
        sql = "select obj from tj;"
        #rows = Connection(host, port, user, pwd, dbname).query(sql)
        rows = gpquery(sql)
        for row in rows:
            print json.loads(row[0])
    if __name__ == "__main__":
        main()