21.sharding-jdbc源码之SQL解析-词法分析

作者: 阿飞的博客 | 来源:发表于2018-05-18 19:01 被阅读237次

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sharding-jdbc对SQL解析的源码主要在下图所示parsing模块中，由下图可知SQL解析主要分为两部分：lexer和parser。lexer就是本文需要分析的词法分析：

sharding-jdbc sql解析

SQL	com.dangdang.ddframe.rdb.sharding.parsing.lexer.token.Token
/! hello, afei /	跳过
delete	(type=DELETE, literals=delete, endPosition=24)
ignore	(type=IGNORE, literals=ignore, endPosition=31)
from	(type=FROM, literals=from, endPosition=36)
`t_user`	(type=IDENTIFIER, literals=`t_user`, endPosition=45)
where	(type=WHERE, literals=where, endPosition=51)
user_id	(type=IDENTIFIER, literals=user_id, endPosition=59)
=	(type=EQ, literals==, endPosition=60)
?	(type=QUESTION, literals=?, endPosition=61)
	(type=END, literals=, endPosition=62)

分析sharding-jdbc源码的词法分析之前，先大概说一下词法分析是干嘛的，后面理解起来就会更容易，例如对于SQL："/! hello, afei /delete ignore from `t_user` where user_id=? "而言，词法分析结果如下：

SQL	com.dangdang.ddframe.rdb.sharding.parsing.lexer.token.Token
/! hello, afei /	跳过
delete	(type=DELETE, literals=delete, endPosition=24)
ignore	(type=IGNORE, literals=ignore, endPosition=31)
from	(type=FROM, literals=from, endPosition=36)
`t_user`	(type=IDENTIFIER, literals=`t_user`, endPosition=45)
where	(type=WHERE, literals=where, endPosition=51)
user_id	(type=IDENTIFIER, literals=user_id, endPosition=59)
=	(type=EQ, literals==, endPosition=60)
?	(type=QUESTION, literals=?, endPosition=61)
	(type=END, literals=, endPosition=62)

SQL解析结果初探

前面分析SQL重写的时，其测试用例代码在SQLRewriteEngineTest.java中，列举其中一个用例源码如下，assertRewriteForLimit()方法中的selectStatement就是SQL解析的结果：

@Before
public void setUp() {
    // 定义sharding规则
    shardingRule = new ShardingRuleMockBuilder()
            // table_x表的主键列是id
            .addGenerateKeyColumn("table_x", "id")
            // table_x和table_y是绑定表关系
            .addBindingTable("table_y").build();
    selectStatement = new SelectStatement();
    tableTokens = new HashMap<>(1, 1);
    // 逻辑表table_x对应的实际表是table_1
    tableTokens.put("table_x", "table_1");
}

@Test
public void assertRewriteForLimit() {
    selectStatement.setLimit(new Limit(true));
    selectStatement.getLimit().setOffset(new LimitValue(2, -1));
    selectStatement.getLimit().setRowCount(new LimitValue(2, -1));
    selectStatement.getSqlTokens().add(new TableToken(17, "table_x"));
    selectStatement.getSqlTokens().add(new OffsetToken(33, 2));
    selectStatement.getSqlTokens().add(new RowCountToken(36, 2));
    // SelectStatement就是SQL解析的结果
    SQLRewriteEngine rewriteEngine = new SQLRewriteEngine(shardingRule, "SELECT x.id FROM table_x x LIMIT 2, 2", selectStatement);
    assertThat(rewriteEngine.rewrite(true).toSQL(tableTokens), is("SELECT x.id FROM table_1 x LIMIT 0, 4"));
}

SQL解析分析

核心类为com.dangdang.ddframe.rdb.sharding.parsing.SQLParsingEngine.java，核心源码如下：

@RequiredArgsConstructor
public final class SQLParsingEngine {
    
    // 数据库类型，例如MySQL，Oracle等
    private final DatabaseType dbType;
    
    // 原SQL（解析前的SQL）
    private final String sql;
    
    // sharding分库分表规则
    private final ShardingRule shardingRule;
    
    public SQLStatement parse() {
    LexerEngine lexerEngine = LexerEngineFactory.newInstance(dbType, sql);
    lexerEngine.nextToken();
    SQLParser sqlParser = SQLParserFactory.newInstance(
            dbType,
            lexerEngine.getCurrentToken().getType(), shardingRule, lexerEngine);
    SQLStatement result = sqlParser.parse();
    return result;
}

从parse()方法的结果可知，SQL解析的结果就是SQLStatement，上面的测试用例是SelectStatement，是SQLStatement的子类，关系如下图所示：

1. 得到LexerEngine

对应源码为LexerEngine lexerEngine = LexerEngineFactory.newInstance(dbType, sql);，核心实现源码如下：

@NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PRIVATE)
public final class LexerEngineFactory {
    
    public static LexerEngine newInstance(final DatabaseType dbType, final String sql) {
        // 不同的数据库类型获取LexerEngine不一样（主要是关键词不一样），从这里可知H2和MySQL的解析完全一致
        switch (dbType) {
            case H2:
            case MySQL:
                return new LexerEngine(new MySQLLexer(sql));
            case Oracle:
                return new LexerEngine(new OracleLexer(sql));
            case SQLServer:
                return new LexerEngine(new SQLServerLexer(sql));
            case PostgreSQL:
                return new LexerEngine(new PostgreSQLLexer(sql));
            default:
                throw new UnsupportedOperationException(String.format("Cannot support database [%s].", dbType));
        }
    }
}

从这里可知，sharding-jdbc只支持这些数据库：H2，MySQL，Oracle，SQLServer，PostgreSQL；其他数据库如DB2是不支持的；

以Mysql数据库为例，获取MySQLLexer源码如下，可知Lexer两个主要属性为SQL和关键词字典：

// 词法分析器的这几个属性比较重要，贯穿整个SQL解析过程
@RequiredArgsConstructor
public class Lexer {
    
    // 待解析的SQL语句
    @Getter
    private final String input;
    
    // 字典属性下面有解析，主要包括数据库对应的所有关键词
    private final Dictionary dictionary;
    
    // 解析SQL的位置偏移量
    private int offset;
    
    // 当前解析的token
    @Getter
    private Token currentToken;
    ... ...
}

public final class MySQLLexer extends Lexer {
    
    // MySQL词法分析器核心Dictionary的构造方法入参为MySQL所有关键词合集（可以预见各数据库的词法分析器都包含其所有SQL关键词信息），MySQL所有关键词集合包括MySQLKeyword和DefaultKeyword；其他数据库类似，例如Oracle所有关键词集合包括OracleKeyword和DefaultKeyword
    private static Dictionary dictionary = new Dictionary(MySQLKeyword.values());
    
    public MySQLLexer(final String input) {
        super(input, dictionary);
    }
    ... ...

2. 获取第一个token

对应的源码是lexerEngine.nextToken();，核心实现源码如下：

public final void nextToken() {
    skipIgnoredToken();
    if (isVariableBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanVariable();
    } else if (isNCharBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, ++offset).scanChars();
    } else if (isIdentifierBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanIdentifier();
    } else if (isHexDecimalBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanHexDecimal();
    } else if (isNumberBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanNumber();
    } else if (isSymbolBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanSymbol();
    } else if (isCharsBegin()) {
        currentToken = new Tokenizer(input, dictionary, offset).scanChars();
    } else if (isEnd()) {
        currentToken = new Token(Assist.END, "", offset);
    } else {
        currentToken = new Token(Assist.ERROR, "", offset);
    }
    offset = currentToken.getEndPosition();
}

// 跳过忽略的token
private void skipIgnoredToken() {
    offset = new Tokenizer(input, dictionary, offset).skipWhitespace();
    while (isHintBegin()) {
        offset = new Tokenizer(input, dictionary, offset).skipHint();
        offset = new Tokenizer(input, dictionary, offset).skipWhitespace();
    }
    while (isCommentBegin()) {
        offset = new Tokenizer(input, dictionary, offset).skipComment();
        offset = new Tokenizer(input, dictionary, offset).skipWhitespace();
    }
}

由这段代码可知，忽略的token主要包括：

空格，如下图所示：

SQL中的空格
hint与后面的空格，例如MySQL的hint语法为/*! hint info */，"SELECT /*!40001 SQL_CACHE */ o.* FROM t_order o"这条SQL有hint/*!40001 SQL_CACHE */；（Oracle的hint语法有所不同，通过OracleLexer.java中的isHintBegin()可知，Oracle的hint语法为/*+ hint info */）；
注释与后面的空格，，参考sharding-jdbc源码可知注释语法有3种：//，--，/*，这三种注释的处理有所不同，//和--被认为是单行注释（isSingleLineCommentBegin()），sharding-jdbc会直接通过当前一整行；而/*被认为是多行注释（isMultipleLineCommentBegin()），sharding-jdbc会直接掉到*/后面，例如MySQL的注释语法为" /*parse explain*/SELECT o.* FROM t_order o"这条SQL有注释/*parse explain*/；

判断是否为注释的源码如下：

protected boolean isCommentBegin() {
    char current = getCurrentChar(0);
    char next = getCurrentChar(1);
    return '/' == current && '/' == next || '-' == current && '-' == next || '/' == current && '*' == next;
}

nextToken()分析

由于接下来的SQL解析都会调用这个nextToken()方法，所以为了更好的分析SQL解析过程，接下来详细剖析它的逻辑，由其源码可知，其逻辑主要分为两个部分：

调用skipIgnoredToken()跳过忽略的token（上面已经分析了哪些属于忽略的token）
调用is***Begin()方法判断类型然后构造Token；is***Begin()主要有下面提到的这些：

isVariableBegin()--是否变量开头，即@，例如这种SQL：select @a from dual（连续两个@符号即@@也是可以的），其中a是一个定义的变量；select @a from dual这条SQL解析到@的时候，得到的token为{type:Literals.VARIABLE, literals:@a, endPostion:9}（这个token的endPostion就是@a后面的位置）
isNCharBegin()--SQLServer的特殊语法，其他数据库都不支持。例如INSERT INTO employees
VALUES(N'29730', N'Philippe', N'Horsford', 20, 1)，申明字符串为nvarchar类型；
isIdentifierBegin() -- 是否标识符开头，即a_z，AZ，`，_，$；例如这种SQL：select user_id from t_user limit 1，解析select的时候，得到的token为{type:DefaultKeyword.SELECT, literals:SELECT, endPostion:6}；或者这种SQL：select `user_id` from t_user limit 1，解析`user_id`的时候，得到的token为{type:Literals.IDENTIFIER, literals:`user_id`, endPostion:16}；
isHexDecimalBegin() -- 是否16进程符号开头，即0x。例如这种SQL：select 0x21 from dual，解析0x21的时候，得到的token为{type:Literals.HEX, literals:0x21, endPostion:11}
isNumberBegin() -- 是否数字开头，即0~9，例如这种SQL：select 'afei' from t_user limit 1，limit 1这个1就是数字，解析到limit后面的1的时候，得到的token为{type:Literals.INT, literals:1, endPostion:33}
isSymbolBegin() -- 是否特殊符号开头，例如这种SQL：select `user_id` from t_user limit ?，，解析？的时候，得到的token为{type:Symbol.QUESTION, literals:?, endPostion:36}
isCharsBegin() -- 是否字符开头，即单引号或者双引号，例如这种SQL：select 'afei' from t_user limit 1，解析 `afei`的时候，得到的token为{type:Literals.CHARS, literals:afei, endPostion:13}
isEnd() -- 是否SQL尾部，判断条件是offset >= input.length()，即遍历位置offset是否到了sql（input就是sql）尾部。得到的token为{type:Assist.END, literals:"", endPostion:31}

nextToken()的解析非常重要，其调用贯穿在整个sharding-jdbc的SQL解析过程中；根据这段分析逻辑就能得出文章前面词法分析结果表格了。

3. 得到SQL解析器

对应的源码是SQLParserFactory.newInstance(dbType, lexerEngine.getCurrentToken().getType(), shardingRule, lexerEngine)，lexerEngine.getCurrentToken().getType()就是上面解析得到的第一个token的类型，核心实现源码如下：

@NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PRIVATE)
public final class SQLParserFactory {
    
    public static SQLParser newInstance(final DatabaseType dbType, final TokenType tokenType, final ShardingRule shardingRule, final LexerEngine lexerEngine) {
        // 第一个token类型一定是默认关键词，否则抛出异常。构造这种异常很简单，只需要定义的SQL以MySQLKeyword中的关键词开头即可，例如"show create table t_order o"
        if (!(tokenType instanceof DefaultKeyword)) {
            throw new SQLParsingUnsupportedException(tokenType);
        }
        // 根据第一个token类型得到具体解析器，且第一个token一定是：select，insert，update，delete，create，alter，drop，truncate中的一个，否则会抛出SQLParsingUnsupportedException异常。构造这种异常很简单，只需要定义的sql以DefaultKeyword中的关键词开头，且不是下面枚举的关键词即可，例如"DATABASE SELECT o.* FROM t_order o"
        switch ((DefaultKeyword) tokenType)  {
            // 从这里可知，为什么前面要调用lexerEngine.nextToken()获取第一个token，SQLParserFactory根据这个token才能确实哪种类型的SQL解析器
            case SELECT:
                return SelectParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case INSERT:
                return InsertParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case UPDATE:
                return UpdateParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case DELETE:
                return DeleteParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case CREATE:
                return CreateParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case ALTER:
                return AlterParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case DROP:
                return DropParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            case TRUNCATE:
                return TruncateParserFactory.newInstance(dbType, shardingRule, lexerEngine);
            default:
                throw new SQLParsingUnsupportedException(lexerEngine.getCurrentToken().getType());
        }
    }
}

从上面的代码可知，得到的SQL解析器的一些主要属性有：

数据库类型dbType；
分库分表规则shardingRule；
词法分析器引擎lexerEngine；

lexerEngine的属性为Lexer lexer，它的一些核心属性在上面有分析过：SQL语句input，包含SQL关键词的字典dictionary，SQL解析位置偏移量offset，当前解析得到的词令currentToken；

4. SQL解析

这篇文章分析了sharding-jdbc中SQL解析的准备工作，下一篇文章将详细分析insert（增），delete（删），update（改），select（查），等SQL语句的解析过程；

21.sharding-jdbc源码之SQL解析-词法分析

SQL解析结果初探

SQL解析分析

1. 得到LexerEngine

2. 获取第一个token

nextToken()分析

3. 得到SQL解析器

4. SQL解析

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