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带你读 MySQL 源码：where 条件怎么过滤记录？原创

csch
1年前
358523

源码分析系列的第 3 篇文章，我们来聊聊 MySQL 是怎么判断一条记录是否匹配 where 条件的。

本文内容基于 MySQL 8.0.32 源码。

目录

  • 1. 准备工作

  • 2. 整体介绍

  • 3. 源码分析

    • 3.1 ExecuteIteratorQuery()

    • 3.2 FilterIterator::Read()

    • 3.3 compare_int_signed()

    • 3.4 Arg_comparator::compare()

    • 3.5 Item_func_gt::val_int()

    • 3.6 Item_cond_and::val_int()

    • 3.7 Item_func_eq::val_int()

    • 3.8 Item_cond_or::val_int()

  • 4. 总结

正文

1. 准备工作

创建测试表：

CREATE TABLE `t1` (
  `id` int unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `str1` varchar(255) DEFAULT '',
  `i1` int DEFAULT '0',
  `i2` int DEFAULT '0',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb3;

插入测试数据：

INSERT INTO t1(str1, i1, i2) VALUES
('s1', NULL, NULL),
('s2', 20, NULL),
('s3', 30, 31),
('s4', 40, 41),
('s5', 50, 51),
('s6', 60, 61),
('s7', 70, 71),
('s8', 80, 81);

示例 SQL：

select * from t1
where i2 > 20 and (i1 = 50 or i1 = 80)

2. 整体介绍

在源码中，where 条件会形成树状结构，示例 SQL 的 where 条件结构如下：

注意：这里的树状结构不是数据结构中的树。

我们可以从图中得到以下信息：

  • Item_cond_and 代表 where 条件中的 and，连接 Item_func_gt 和 Item_cond_or。

  • Item_func_gt 代表 i2 > 20，其中 Item_field 包含 Field_long，代表 i2 字段，Item_int 代表整数 20。

  • Item_cond_or 代表 where 条件中的 or，连接两个 Item_func_eq。

  • 第 1 个 Item_func_eq 代表 i1 = 50，其中 Item_field 包含 Field_long，代表 i1 字段，Item_int 代表整数 50。

  • 第 2 个 Item_func_eq 代表 i1 = 80，其中 Item_field 包含 Field_long，代表 i1 字段，Item_int 代表整数 80。

接下来，我们结合堆栈来看看 where 条件的实现流程：

| > mysql_execute_command(THD*, bool) sql/sql_parse.cc:4688
| + > Sql_cmd_dml::execute(THD*) sql/sql_select.cc:578
| + - > Sql_cmd_dml::execute_inner(THD*) sql/sql_select.cc:778
| + - x > Query_expression::execute(THD*) sql/sql_union.cc:1823
| + - x = > Query_expression::ExecuteIteratorQuery(THD*) sql/sql_union.cc:1770
| + - x = | > FilterIterator::Read() sql/iterators/composite_iterators.cc:79
| + - x = | + > Item_cond_and::val_int() sql/item_cmpfunc.cc:5973
| + - x = | + - > // 第 1 个 Item::val_bool()
| + - x = | + - > // 代表 i2 > 20
| + - x = | + - > Item::val_bool() sql/item.cc:218
| + - x = | + - x > Item_func_gt::val_int() sql/item_cmpfunc.cc:2686
| + - x = | + - x = > Arg_comparator::compare() sql/item_cmpfunc.h:210
| + - x = | + - x = | > Arg_comparator::compare_int_signed() sql/item_cmpfunc.cc:1826
| + - x = | + - x = | + > Item_field::val_int() sql/item.cc:3013
| + - x = | + - x = | + - > Field_long::val_int() const sql/field.cc:3763 // i2
| + - x = | + - x = | + > Item_int::val_int() sql/item.h:4934 // 20
| + - x = | + - > // 第 2 个 Item::val_bool()
| + - x = | + - > // 代表 i1 = 50 or i1 = 80
| + - x = | + - > Item::val_bool() sql/item.cc:218
| + - x = | + - x > Item_cond_or::val_int() sql/item_cmpfunc.cc:6017
| + - x = | + - x = > // 第 3 个 Item::val_bool()
| + - x = | + - x = > // 代表 i1 = 50
| + - x = | + - x = > Item::val_bool() sql/item.cc:218
| + - x = | + - x = | > Item_func_eq::val_int() sql/item_cmpfunc.cc:2493
| + - x = | + - x = | + > Arg_comparator::compare() sql/item_cmpfunc.h:210
| + - x = | + - x = | + - > Arg_comparator::compare_int_signed() sql/item_cmpfunc.cc:1826
| + - x = | + - x = | + - x > Item_field::val_int() sql/item.cc:3013
| + - x = | + - x = | + - x = > Field_long::val_int() const sql/field.cc:3763 // i1
| + - x = | + - x = | + - x > Item_int::val_int() sql/item.h:4934 // 50
| + - x = | + - x = > // 第 4 个 Item::val_bool()
| + - x = | + - x = > // 代表 i1 = 80
| + - x = | + - x = > Item::val_bool() sql/item.cc:218
| + - x = | + - x = | > Item_func_eq::val_int() sql/item_cmpfunc.cc:2493
| + - x = | + - x = | + > Arg_comparator::compare() sql/item_cmpfunc.h:210
| + - x = | + - x = | + - > Arg_comparator::compare_int_signed() sql/item_cmpfunc.cc:1826
| + - x = | + - x = | + - x > Item_field::val_int() sql/item.cc:3013
| + - x = | + - x = | + - x = > Field_long::val_int() const sql/field.cc:3763 // i1
| + - x = | + - x = | + - x > Item_int::val_int() sql/item.h:4934 // 80

FilterIterator::Read() 从存储引擎读取一条记录，Item_cond_and::val_int() 判断该记录是否匹配 where 条件。

从堆栈中可以看到，Item_cond_and::val_int() 的下一层有两个 Item::val_bool()：

  • 第 1 个 Item::val_bool() 代表 i2 > 20，经过多级调用 Arg_comparator::compare_int_signed() 判断记录的 i2 字段值是否大于 20。

  • 第 2 个 Item::val_bool() 代表 i1 = 50 or i1 = 80。

第 2 个 Item::val_bool() 是复合条件，它的下层还嵌套了第 3、4 个 Item::val_bool()：

  • 第 3 个 Item::val_bool() 代表 i1 = 50，经过多级调用 Arg_comparator::compare_int_signed() 判断记录的 i1 字段值是否等于 50。

  • 第 4 个 Item::val_bool() 代表 i1 = 80，经过多级调用 Arg_comparator::compare_int_signed() 方法判断记录的 i1 字段值是否等于 80。

第 3、4 个 Item::val_bool() 中只要有一个返回 true，第 2 个 Item::val_bool() 就会返回 true，表示记录匹配 i1 = 50 or i1 = 80。

第 1、2 个 Item::val_bool() 必须都返回 true，Item_cond_and::val_int() 才会返回 1，表示记录匹配示例 SQL 的 where 条件。

3. 源码分析

3.1 ExecuteIteratorQuery()

// sql/sql_union.cc
bool Query_expression::ExecuteIteratorQuery(THD *thd) {
  ...
  {
    ...
    for (;;) {
      // 从存储引擎读取一条记录
      int error = m_root_iterator->Read();
      DBUG_EXECUTE_IF("bug13822652_1", thd->killed = THD::KILL_QUERY;);

      // 读取出错，直接返回
      if (error > 0 || thd->is_error())  // Fatal error
        return true;
      // error < 0
      // 表示已经读完了所有符合条件的记录
      // 查询结束
      else if (error < 0)
        break;
      // SQL 被客户端干掉了
      else if (thd->killed)  // Aborted by user
      {
        thd->send_kill_message();
        return true;
      }
      ...
      // 发送数据给客户端
      if (query_result->send_data(thd, *fields)) {
        return true;
      }
      ...
    }
  }
  ...
}

这个方法是 select 语句的入口，属于重量级方法，在源码分析的第 1 篇文章《带你读 MySQL 源码：limit, offset》中也介绍过，但是，本文示例 SQL 的执行计划和之前不一样，这里有必要再介绍下。

m_root_iterator->Read() 从存储引擎读取一条记录，对于示例 SQL 来说，m_root_iterator 是 FilterIterator 迭代器对象，实际执行的方法是 FilterIterator::Read()。

3.2 FilterIterator::Read()

int FilterIterator::Read() {
  for (;;) {
    int err = m_source->Read();
    if (err != 0) return err;

    bool matched = m_condition->val_int();

    if (thd()->killed) {
      thd()->send_kill_message();
      return 1;
    }

    /* check for errors evaluating the condition */
    if (thd()->is_error()) return 1;

    if (!matched) {
      m_source->UnlockRow();
      continue;
    }

    // Successful row.
    return 0;
  }
}

上面是 FilterIterator::Read() 方法的全部代码，代码量比较少，主要逻辑如下：

m_source->Read() 方法从存储引擎读取一条记录，因为示例 SQL 中 t1 表的访问方式为全表扫描，所以 m_source 是 TableScanIterator 迭代器对象。

通过 explain 可以确认示例 SQL 中 t1 表的访问方式为全表扫描（type = ALL）：

explain select * from t1
where i2 > 20 and (i1 = 50 or i1 = 80)\G

***************************[ 1. row ]***************************
id            | 1
select_type   | SIMPLE
table         | t1
partitions    | <null>
type          | ALL
possible_keys | <null>
key           | <null>
key_len       | <null>
ref           | <null>
rows          | 8
filtered      | 12.5
Extra         | Using where

m_source->Read() 从存储引擎读取一条记录之后，m_condition->val_int() 会判断这条记录是否匹配 where 条件。

m_condition 代表 SQL 的 where 条件，对于示例 SQL 来说，它是 Item_cond_and 对象。

m_condition->val_int() 实际执行的方法是 Item_cond_and::val_int()，这就是判断记录是否匹配示例 SQL where 条件的入口。

3.3 compare_int_signed()

// sql/item_cmpfunc.cc
int Arg_comparator::compare_int_signed() {
  // 获取 where 条件操作符左边的值
  // 例如：i2 > 20
  // 获取当前读取记录的 i2 字段值
  longlong val1 = (*left)->val_int();
  if (current_thd->is_error()) return 0;
  // where 条件操作符左边的值不为 NULL
  // 才进入 if 分支
  if (!(*left)->null_value) {
    // 获取 where 条件操作符右边的值
    // 例如：i2 > 20
    // val2 的值就等于 20
    longlong val2 = (*right)->val_int();
    if (current_thd->is_error()) return 0;
    // where 条件操作符右边的值不为 NULL
    // 才进入 if 分支
    if (!(*right)->null_value) {
      // 到这里，where 条件操作符左右两边的值都不为 NULL
      // 把 where 条件的 null_value 设置为 false
      if (set_null) owner->null_value = false;
      // 接下来 3 行代码
      // 比较 where 条件操作符左右两边的值的大小
      if (val1 < val2) return -1;
      if (val1 == val2) return 0;
      return 1;
    }
  }
  // 如果执行到下面这行代码
  // 说明 where 条件操作符左右两边的值
  // 至少有一个是 NULL
  // 把 where 条件的 null_value 设置为 true
  if (set_null) owner->null_value = true;
  return -1;
}

我们以 id = 2、3 的两条记录和示例 SQL 的 where 条件 i2 > 20 为例介绍 compare_int_signed() 的逻辑：

对于 where 条件 i2 > 20，longlong val1 = (*left)->val_int() 中的 *left 表示 i2 字段。

读取 id = 2 的记录：

i2 字段值为 NULL，if (!(*left)->null_value) 条件不成立，执行流程直接来到 if (set_null) owner->null_value = true，把 where 条件的 null_value 设置为 true，表示对于当前读取的记录，where 条件包含 NULL 值。

然后，return -1，compare_int_signed() 方法执行结束。

读取 id = 3 记录：

i2 字段值为 31（即 val1 = 31），if (!(*left)->null_value) 条件成立，执行流程进入该 if 分支。

对于 where 条件 i2 > 20，longlong val2 = (*right)->val_int() 中的 *right 表示大于号右边的 20（即 val2 = 20），if (!(*right)->null_value) 条件成立，进入该 if 分支：

  • if (set_null) owner->null_value = false，把 where 条件的 null_value 设置为 false，表示对于当前读取的记录，where 条件不包含 NULL 值。

  • if (val1 < val2)，val1 = 31 大于 val2 = 20，if 条件不成立。

  • if (val1 == val2)，val1 = 31 大于 val2 20，if 条件不成立。

  • return 1，因为 val1 = 31 大于 val2 = 20，返回 1，表示当前读取的记录匹配 where 条件 i2 > 20。

3.4 Arg_comparator::compare()

// sql/item_cmpfunc.h
inline int compare() { return (this->*func)(); }

Arg_comparator::compare() 只有一行代码，就是调用 *func 方法，比较两个值的大小。

func 属性保存了用于比较两个值大小的方法的地址，在 Arg_comparator::set_cmp_func(...) 中赋值。

对于示例 SQL 来说，where 条件中的 i1、i2 字段类型都是 int，func 属性保存的是用于比较两个整数大小的 Arg_comparator::compare_int_signed() 方法的地址。(this->*func)() 调用的方法就是 Arg_comparator::compare_int_signed()。

3.5 Item_func_gt::val_int()

// sql/item_cmpfunc.cc
longlong Item_func_gt::val_int() {
  assert(fixed == 1);
  int value = cmp.compare();
  return value > 0 ? 1 : 0;
}

这里调用的 cmp.compare() 就是上一小节介绍的 Arg_comparator::compare() 方法。

对于示例 SQL 来说，Arg_comparator::compare() 会调用 Arg_comparator::compare_int_signed() 方法，返回值只有 3 种：

  • -1：表示 where 条件操作符左边的值 小于右边的值。
  • 0：表示 where 条件操作符左边的值 等于右边的值。
  • 1：表示 where 条件操作符左边的值 大于右边的值。

我们以 id = 3 的记录和示例 SQL 的 where 条件 i2 > 20 为例，介绍 Item_func_gt::val_int() 的逻辑：

i2 字段值为 31，对 where 条件 i2 > 20 调用 cmp.compare()，得到的返回值为 1（即 value = 1）。

value > 0 ? 1 : 0 表达式的值为 1，这就是 Item_func_ge::val_int() 的返回值，表示 id = 3 的记录匹配 where 条件 i2 > 20。

3.6 Item_cond_and::val_int()

// sql/item_cmpfunc.cc
longlong Item_cond_and::val_int() {
  assert(fixed == 1);
  // and 连接的 N 个 where 条件都保存到 list 中
  // 根据 list 构造迭代器
  List_iterator_fast<Item> li(list);
  Item *item;
  null_value = false;
  // 迭代 where 条件
  while ((item = li++)) {
    if (!item->val_bool()) {
      if (ignore_unknown() || !(null_value = item->null_value))
        return 0;  // return false
    }
    if (current_thd->is_error()) return error_int();
  }
  return null_value ? 0 : 1;
}

Item_cond_and::val_int() 的逻辑：

  • 判断当前读取的记录是否匹配 Item_cond_and 对象所代表的 and 连接的 N 个 where 条件（N >= 2）。

  • 如果对每个条件调用 item->val_bool() 的返回值都是 true，说明记录匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

  • 如果对某一个或多个条件调用 item->val_bool() 的返回值是 false，就说明记录不匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

由于 if (ignore_unknown() || !(null_value = item->null_value)) 中的 ignore_unknown() 用于控制 where 条件中包含 NULL 值时怎么处理，我们需要展开介绍 Item_cond_and::val_int() 的代码。

想要深入了解 Item_cond_and::val_int() 代码细节的读者朋友，可以做个心理建设：内容有点长（但不会太长）。

首先，我们来看一下 null_value = false：

null_value 的初始值被设置为 false，表示 and 连接的 N 个 where 条件中，还没出现哪个 where 条件包含 NULL 值的情况（毕竟还啥都没干）。

null_value 比较重要，它有可能最终决定 Item_cond_and::val_int() 的返回值（后面会介绍）。

然后，再来看看 while 循环的逻辑，这块内容会有一点点多：

while 循环迭代 and 连接的 N 个 where 条件。

每迭代一个 where 条件，都调用 item->val_bool() 方法，判断当前读取的记录是否匹配该条件。

如果 val_bool() 的返回值是 true，说明记录匹配该条件，进入下一轮循环，迭代下一个 where 条件（如果有的话）。

if (current_thd->is_error())，这行代码表示执行过程中出现了错误，我们先忽略它。

如果 val_bool() 的返回值是 false，说明记录不匹配该条件。

接下来是进入下一轮循环，还是执行 return 0 结束 Item_cond_and::val_int() 方法，就要由 if (ignore_unknown() || !(null_value = item->null_value)) 决定了。

展开介绍 if (ignore_unknown() || ...) 之前，先来看看 ignore_unknown() 的定义：

class Item_cond : public Item_bool_func {
  ...
  /// Treat UNKNOWN result like FALSE 
  /// because callers see no difference
  bool ignore_unknown() const { return abort_on_null; }
  ...
}

从代码注释可以看到，ignore_unknown() 用于决定是否把 UNKNOWN 当作 FALSE 处理。

那么，什么是 UNKNOWN？

在 MySQL 中，NULL 会被特殊对待。NULL 和任何值（包含 NULL 本身）通过关系操作符（=、>、<、...）比较，得到的结果都是 NULL，这个结果就被认为是 UNKNOWN。

如果想知道某个值是否为 NULL，只能使用 IS NULL、IS NOT NULL 进行判断。

说完了 ignore_unknown()，我们回到 if (ignore_unknown() || !(null_value = item->null_value))，它包含两个表达式：

  • ignore_unknown()
  • !(null_value = item->null_value))

如果 ignore_unknown() 的返回值为 true，if 条件成立，执行流程就会进入 if 分支，执行 return 0，Item_cond_and::val_int() 方法的执行流程就此结束，表示当前读取的记录不匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

如果 ignore_unknown() 的返回值为 false，那么还需要再判断 !(null_value = item->null_value)) 的值是 true 还是 false。

我们先分解一下 !(null_value = item->null_value))，其中包含 2 个步骤：

  • null_value = item->null_value
  • !null_value

如果 item->null_value 的值为 false，赋值给 null_value 之后，!null_value 的值为 true，if 条件成立，执行流程就会进入 if (ignore_unknown() || ...) 分支，执行 return 0，Item_cond_and::val_int() 方法的执行流程就此结束，表示当前读取的记录不匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

item->null_value = false，表示对于当前读取的记录，where 条件不包含 NULL 值。

如果 item->null_value 的值为 true，赋值给 null_value 之后，!null_value 的值为 false，即 !(null_value = item->null_value)) 的值为 false，if 条件不成立，执行流程不会进入 if (ignore_unknown() || ...) 分支，也就不会执行 return 0 了，接下来就会进入下一轮循环，迭代下一个 where 条件（如果有的话）。

item->null_value = true，表示对于当前读取的记录，where 条件包含 NULL 值。

最后，再来看看 return null_value ? 0 : 1：

while 循环迭代完 and 连接的 N 个 where 条件之前，如果 Item_cond_and::val_int() 方法的执行流程都没有被 while 代码块中包含的 return 0 提前结束，执行流程就会来到 return null_value ? 0 : 1。

有两种场景会导致这种情况的出现：

> 场景 1：

while 循环迭代 and 连接的 N 个 where 条件的过程中，对每个条件调用 item->val_bool() 的返回值都是 true。

此时，null_value 属性的值为 false，null_value ? 0 : 1 表达式的值为 1，说明当前读取的记录匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

> 场景 2：

while 循环迭代 and 连接的 N 个 where 条件的过程中，某个条件同时满足以下 4 个要求：

  • 调用 item->val_bool() 的返回值是 false，说明当前读取的记录不匹配该条件。

  • ignore_unknown() 的返回值也是 false，表示包含 NULL 值的 where 条件的比较结果（UNKNOWN）不按 false 处理，而是要等到 while 循环结束之后，根据 null_value 属性的值（true 或 false）算总帐。

    这是由 Item_cond_and 对象控制的行为，而不是 and 连接的某个 where 条件控制的行为。

  • !(null_value = item->null_value)) 表达式的值为 false，说明该条件包含 NULL 值，那么它就是 ignore_unknown() = false 时需要等到 while 循环结束之后，根据 null_value 属性的值算总帐的条件。

  • 该条件之后的其它 where 条件，不会导致 while 循环被提前中止（这样执行流程才能来到 return null_value ? 0 : 1）。

此时，null_value 属性的值为 true，null_value ? 0 : 1 表达式的值为 0，说明当前读取的记录不匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

3.7 Item_func_eq::val_int()

// sql/item_cmpfunc.cc
longlong Item_func_eq::val_int() {
  assert(fixed == 1);
  int value = cmp.compare();
  return value == 0 ? 1 : 0;
}

这里调用的 cmp.compare() 就是前面介绍的 Arg_comparator::compare() 方法。

对于示例 SQL 来说，Arg_comparator::compare() 调用的是 Arg_comparator::compare_int_signed() 方法，返回值只有 3 种：

  • -1：表示 where 条件操作符左边的值 小于右边的值。
  • 0：表示 where 条件操作符左边的值 等于右边的值。
  • 1：表示 where 条件操作符左边的值 大于右边的值。

我们以 id = 5 的记录和示例 SQL 的 where 条件 i1 = 50 为例，介绍 Item_func_eq::val_int() 的逻辑：

i1 字段值为 50，对 where 条件 i1 = 50 调用 cmp.compare()，得到的返回值为 0（即 value = 0）。

value == 0 ? 1 : 0 表达式的值为 1，这就是 Item_func_eq::val_int() 的返回值，表示 id = 5 的记录匹配 where 条件 i1 = 50。

3.8 Item_cond_or::val_int()

// sql/item_cmpfunc.cc
longlong Item_cond_or::val_int() {
  assert(fixed == 1);
  List_iterator_fast<Item> li(list);
  Item *item;
  null_value = false;
  while ((item = li++)) {
    if (item->val_bool()) {
      null_value = false;
      return 1;
    }
    if (item->null_value) null_value = true;
    ...
  }
  return 0;
}

我们以 id = 8 的记录和示例 SQL 的 where 条件 i1 = 50 or i1 = 80 为例，介绍 Item_cond_or::val_int() 的逻辑：

Item_cond_or 对象的 list 属性包含 2 个条件：i1 = 50、i1 = 80，List_iterator_fast li(list) 根据 list 构造一个迭代器。

对于 id = 8 的记录，i1 字段值为 80，while 循环每次迭代一个 where 条件：

第 1 次迭代，对 where 条件 i1 = 50 调用 item->val_bool()，返回值为 false，不进入 if (item->val_bool()) 分支。

if (item->null_value) 条件不成立，不执行 null_value = true。

第 2 次迭代，对 where 条件 i1 = 80 调用 item->val_bool()，返回值为 true，进入 if (item->val_bool()) 分支。

设置 Item_cond_or 对象的 null_value 属性值为 false，表示 Item_cond_or 所代表的 or 连接的 where 条件（i1 = 50、i1 = 80）都不包含 NULL 值。

return 1，这就是 Item_cond_or::val_int() 的返回值，表示 id = 8 的记录匹配 where 条件 i1 = 50 or i1 = 80。

4. 总结

本文介绍了 SQL 的 where 条件中包含 and、or 的实现逻辑：

  • 从存储引擎读取一条记录之后，对 and 连接的 N 个 where 条件（N >= 2）调用 item->val_bool() 的返回值必须全部等于 true，记录才匹配 and 连接的 N 个 where 条件。

    Item_cond_and::val_int() 的代码不多，但是这个方法中调用了 ignore_known() 用于控制怎么处理 where 条件包含 NULL 值的场景，代码细节并不太好理解，所以花了比较长的篇幅介绍 Item_cond_and::val_int() 方法的逻辑，需要多花点时间去理解其中的逻辑。

  • 从存储引擎读取一条记录之后，对 or 连接的 N 个 where 条件（N >= 2）调用 item->val_bool()，只要其中一个返回值等于 true，记录就匹配 or 连接的 N 个 where 条件。

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