生成列

本文介绍生成列的概念以及用法。

生成列的基本概念

与一般的列不同,生成列的值由列定义中表达式计算得到。对生成列进行插入或更新操作时,并不能对之赋值,只能使用 DEFAULT

生成列包括存储生成列和虚拟生成列。存储生成列会将计算得到的值存储起来,在读取时不需要重新计算。虚拟生成列不会存储其值,在读取时会重新计算。存储生成列和虚拟生成列相比,前者在读取时性能更好,但是要占用更多的磁盘空间。

无论是存储生成列还是虚拟列,都可以在其上面建立索引。

生成列的应用

生成列的主要的作用之一:从 JSON 数据类型中解出数据,并为该数据建立索引。

MySQL 5.7 及 TiDB 都不能直接为 JSON 类型的列添加索引,即不支持在如下表结构中的 address_info 上建立索引:

CREATE TABLE person (
    id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    address_info JSON,
    KEY (address_info)
);

如果要为 JSON 列某个字段添加索引,可以抽取该字段为生成列。

city 这一 address_info 中的字段为例,可以为其建立一个虚拟生成列并添加索引:

CREATE TABLE person (
    id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    address_info JSON,
    city VARCHAR(64) AS (JSON_UNQUOTE(JSON_EXTRACT(address_info, '$.city'))),
    KEY (city)
);

该表中,city 列是一个虚拟生成列。并且在该列上建立了索引。以下语句能够利用索引加速语句的执行速度:

SELECT name, id FROM person WHERE city = 'Beijing';
EXPLAIN SELECT name, id FROM person WHERE city = 'Beijing';
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------------+-------------------------------------------------------------+
| id                              | estRows | task      | access object                  | operator info                                               |
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------------+-------------------------------------------------------------+
| Projection_4                    | 10.00   | root      |                                | test.person.name, test.person.id                            |
| └─IndexLookUp_10                | 10.00   | root      |                                |                                                             |
|   ├─IndexRangeScan_8(Build)     | 10.00   | cop[tikv] | table:person, index:city(city) | range:["Beijing","Beijing"], keep order:false, stats:pseudo |
|   └─TableRowIDScan_9(Probe)     | 10.00   | cop[tikv] | table:person                   | keep order:false, stats:pseudo                              |
+---------------------------------+---------+-----------+--------------------------------+-------------------------------------------------------------+

从执行计划中,可以看出使用了 city 这个索引来读取满足 city = 'Beijing' 这个条件的行的 HANDLE,再用这个 HANDLE 来读取该行的数据。

如果 $.city 路径中无数据,则 JSON_EXTRACT 返回 NULL。如果想增加约束,city 列必须是 NOT NULL,则可按照以下方式定义虚拟生成列:

CREATE TABLE person (
    id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    address_info JSON,
    city VARCHAR(64) AS (JSON_UNQUOTE(JSON_EXTRACT(address_info, '$.city'))) NOT NULL,
    KEY (city)
);

生成列在 INSERT 和 UPDATE 语句中的行为

INSERTUPDATE 语句都会检查生成列计算得到的值是否满足生成列的定义。未通过有效性检测的行会返回错误:

INSERT INTO person (name, address_info) VALUES ('Morgan', JSON_OBJECT('Country', 'Canada'));
ERROR 1048 (23000): Column 'city' cannot be null

索引生成列替换

当查询中出现的某个表达式与一个含索引的生成列同等时,TiDB 会将这个表达式替换为对应的生成列,这样就可以在生成查询计划时考虑使用这个索引。

例如,下面的例子为 a+1 这个表达式创建生成列并添加索引,从而加速了查询。

create table t(a int);
desc select a+1 from t where a+1=3;
+---------------------------+----------+-----------+---------------+--------------------------------+
| id                        | estRows  | task      | access object | operator info                  |
+---------------------------+----------+-----------+---------------+--------------------------------+
| Projection_4              | 8000.00  | root      |               | plus(test.t.a, 1)->Column#3    |
| TableReader_7           | 8000.00  | root      |               | data:Selection_6               |
|   Selection_6           | 8000.00  | cop[tikv] |               | eq(plus(test.t.a, 1), 3)       |
|     TableFullScan_5     | 10000.00 | cop[tikv] | table:t       | keep order:false, stats:pseudo |
+---------------------------+----------+-----------+---------------+--------------------------------+
4 rows in set (0.00 sec)

alter table t add column b bigint as (a+1) virtual;
alter table t add index idx_b(b);
desc select a+1 from t where a+1=3;
+------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
| id                     | estRows | task      | access object           | operator info                               |
+------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
| IndexReader_6          | 10.00   | root      |                         | index:IndexRangeScan_5                      |
| IndexRangeScan_5     | 10.00   | cop[tikv] | table:t, index:idx_b(b) | range:[3,3], keep order:false, stats:pseudo |
+------------------------+---------+-----------+-------------------------+---------------------------------------------+
2 rows in set (0.01 sec)

注意:

只有当待替换的表达式类型和生成列类型严格相等时,才会进行转换。

上例中,a 的类型是 int,而 a+1 的列类型是 bigint,如果将生成列的类型定为 int,就不会发生替换。

关于类型转换规则,可以参见表达式求值的类型转换

生成列的局限性

目前生成列有以下局限性:

  • 不能通过 ALTER TABLE 增加存储生成列;
  • 不能通过 ALTER TABLE 将存储生成列转换为普通列,也不能将普通列转换成存储生成列;
  • 不能通过 ALTER TABLE 修改存储生成列的生成列表达式;
  • 并未支持所有的 JSON 函数
  • 目前仅当生成列是虚拟生成列时索引生成列替换规则有效,暂不支持将表达式替换为存储生成列,但仍然可以通过直接使用该生成列本身来使用索引。