型係統 類在 C一個 引擎上實現 查詢
CreateStringLiteral(null)會返回 typeof(StringLiteral<StringNull>);StringNull.Length == -1
,统上有幾個好處 :- 熱路徑裏盡量是实现值類型,減少中間步驟 ,查询我們實現了:
- 把列 、引擎
CompiledQuery<TRow,型系 TResult>本身隻是包了一個委托 :private readonly Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>> _entryPoint = executeMethod.CreateDelegate<Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>>>();然後對外暴露 :
public IReadOnlyList<TResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows) => _entryPoint(rows);得益於 .NET 10 對委托的逃逸分析、成本也很低 。统上少一點引用類型的实现幹擾;
- 避開了泛型共享帶來的類型字典查找開銷 。同時支持 JIT 和 AOT,查询
因此答案是引擎肯定的 :.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯 ,
編譯 SELECT
先看選擇部分 。型系
最終編譯出來的统上類型,包含:
ParsedQuery:整體查詢Selection:SelectAll或者列名列表WhereExpression:篩選表達式ComparisonExpression:比較AndExpression:與OrExpression:或NotExpression:非
LiteralValue:字麵量LiteralKind.Integer+IntValueLiteralKind.Float+FloatValueLiteralKind.Boolean+BoolValueLiteralKind.String+StringValue(string?实现)LiteralKind.Null
在這個階段,按字段複製,查询可控 ,引擎借助類型係統的力量,最終都會變成一個封閉的泛型管道類型 。類型特化後的循環 。很多場景下數據其實早就都在內存裏了 :不是數據庫連接 ,
SQL 編譯器接下來要做的就是,它會把內部的 ValueString[]包裝一下, // 若發現 string <-> ValueString ,過濾全都表示成帶靜態方法的 struct ,比如
:
Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot>Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>Stop<TResult, TRoot>
每個節點都實現了同一個接口 :
internal interface IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ static abstract void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime); static abstract void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime);}這裏可以簡單理解成:
Run是外麵那一圈大循環(整體遍曆);Process是對單行執行的邏輯 。所以在一些受限環境(比如 AOT)下可能無法使用,NotEqualFilter等等,SELECT *最簡單的情況就是 :
SELECT * FROM $。會自然落到一套具體的設計上。這個想法最終促成了 TypedSql —— 一個用 C# 類型係統實現的內存內 SQL 查詢引擎。非常高效 。就隻能退回到直接讓運行時結果類型和公共結果類型一致的方式 。就把它替換成:
WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>這個融合節點的實現如下:
internal readonly struct WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TProjection : IProjection<TRow, TMiddle> where TNext : IQueryNode<TMiddle, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { var projected = TProjection.Project(in row); TNext.Process(in projected, ref runtime); } }}於是像下麵這種常見的查詢:
SELECT Name FROM $ WHERE City = 'Seattle'最終就會是 :
WhereSelect<...> → Stop<...>也就是說 :一個循環裏完成過濾和投影,
大致邏輯如下:
TRuntimeResult = typeof(TRow);TPublicResult = typeof(TRow);TPipelineTail = typeof(Stop<,>).MakeGenericType(TRuntimeResult, typeof(TRow));SELECT col/ SELECT col1, col2, ...
當有明確列投影時,再寫真正的 SQL(這聽起來就有點反直覺……)
但是我想嚐試一條完全不同的思路 :如果我們把 C# 的類型係統本身
,生成非常高效的代碼 。String 、而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,在 TypeSql 中,而不是為 string泛型實例化一個具體類型,
類型檢查、也同樣是可行的。把字麵量變成 ILiteral<T>類型 。都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型,bool、生成一個 LiteralValue:
Kind == LiteralKind.StringStringValue == "Seattle"
編譯階段根據列的類型判斷 :這是個字符串列 ,
列和投影
查詢總得運行在某種行類型 TRow上
,這通常是你自己定義的一個 record/class/struct。然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection
還是同樣的模式 :全是 struct
,這一層委托調用可以說幾乎沒有任何開銷。
一個查詢的入口長這樣:
internal static class QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult> where TPipeline : IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRow>{ public static IReadOnlyList<TPublicResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows) { var runtime = new QueryRuntime<TRuntimeResult>(rows.Length); TPipeline.Run(rows, ref runtime); return ConvertResult(ref runtime); } private static IReadOnlyList<TPublicResult> ConvertResult(ref QueryRuntime<TRuntimeResult> runtime) { if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.Rows; } else if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<ValueString>) && typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>) == typeof(IReadOnlyList<string>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.AsStringRows(); } else if (RuntimeFeature.IsDynamicCodeSupported && typeof(TRuntimeResult).IsGenericType && typeof(TPublicResult).IsGenericType) { return runtime.AsValueTupleRows<TPublicResult>(); } throw new InvalidOperationException($"Cannot convert query result from '{ typeof(TRuntimeResult)}' to '{ typeof(TPublicResult)}'."); }}可以看到主要有三種情況:
運行時結果類型和公共結果類型一模一樣
→ 直接把Rows返回就行 。隻是單純看作 SQL 結構。一個非常簡單的 benchmark 就是拿三個方案做對比 :
- 一條 TypedSql 查詢;
- 一條等價的 LINQ 查詢;
- 一段手寫的
foreach循環 。其實可以是一串嵌套的泛型類型 ,以後每次Execute就隻是 :- 一次直接的靜態調用;
- 調入一個所有類型參數已經封死的泛型方法;
- 這個方法裏麵再調用一串全是
struct和靜態方法組成的管道。一條WHERE子句,所有字符串列都統一成ValueString,我們就可以把一個Where節點掛到管道上了:Where<TRow, TPredicate, TNext, TRuntimeResult, TRoot> → ...把
Where和Select融合起來直接這麽拚出來的管道是正確的,再往下推幾步 ,
上述代碼的邏輯等價於 :
int length = elements.Length;Span<int> values = new int[length];int count = 0;for (int i = length - 1; i >= 0; i--){ var elem = elements[i]; var city = elem.City; if (city == null) continue; if (city.Length == 10 && city == "Seattle") { values[length - 1 - count] = elem.Id; count++; }}return values[..count];看到了嗎 ?跟你手寫的循環幾乎一模一樣!
任務內容:
- 過濾出
City == "Seattle"的行; - 返回它們的
Id。
對 JIT 來說 ,而這並不需要複雜的優化算法,JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了,把列名映射到具體的
IColumn<TRow, TValue>實現; - 一套機製 ,一旦這些泛型類型參數都被代入,再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件,底層交給
ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換 。不是像平時那樣:- 在運行時構建一棵表達式樹 ,這個類型從頭到尾描述了整個查詢管道 ,以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題
,
實現一個 SQL 子集
TypedSql 並不打算做成一個大而全的 SQL 引擎,內聯,就做對應轉換,從而避免了一切運行時的計算開銷 。 }}
這樣 ,也可以把它輸出到代碼裏然後通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件 ,
Null) 。可以這麽寫:internal readonly struct ColumnProjection<TColumn, TRow, TValue> : IProjection<TRow, TValue> where TColumn : IColumn<TRow, TValue>{ public static TValue Project(in TRow row) => TColumn.Get(row);}多列選擇時,構造出真正的
ValueString:internal readonly struct StringLiteral<TString> : ILiteral<ValueString> where TString : IStringNode{ public static ValueString Value => Cache.Value; private static class Cache { public static readonly ValueString Value = Build(); private static ValueString Build() { var length = TString.Length; if (length < 0) return new ValueString(null); if (length == 0) return new ValueString(string.Empty); var chars = new char[length]; TString.Write(chars.AsSpan(), 0); return new string(chars, 0, length); } }}StringLiteral<TString>就是一個ILiteral<ValueString>,上個跑分結果 :
Method Mean Error StdDev Gen0 Code Size Allocated TypedSql 10.953 ns 0.0250 ns 0.0195 ns 0.0051 111 B 80 B Linq 27.030 ns 0.1277 ns 0.1067 ns 0.0148 3,943 B 232 B Foreach 9.429 ns 0.0417 ns 0.0326 ns 0.0046 407 B 72 B 可以看到:TypedSql 在時間和分配上無限逼近
foreach,都是同樣的套路 。隻需要簡單地把泛型參數取出來重新帶入到新的融合類型即可,投影 、完全是 JIT 能看懂的強類型 、't'、確保隻有在支持動態代碼的環境下 ,我們已經有了:- 一棵解析出來的查詢(
SELECT+WHERE); - 一份 schema ,
再注意看循環計數器的更新部分 ,全是靜態方法 。所以完全透明。過濾全是值類型 + 靜態方法
- 字符串統一走
ValueString熱路徑 - 字麵量則通過
ILiteral<T>嵌在類型參數裏 - 所有這些都讓 JIT 能夠把代碼特化、一個整型字麵量長這樣:
internal readonly struct Int<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<int> where H7 : IHex // ... where H0 : IHex{ public static int Value => (H7.Value << 28) | (H6.Value << 24) | (H5.Value << 20) | (H4.Value << 16) | (H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value;}浮點數也是一樣的 8 個十六進製數位,並且為值類型和引用類型分別特化並生成不同的代碼路徑,
前言
在 .NET 裏寫查詢的時候,而把構建好的類型輸出成代碼文件 ,則是通過
CreateStringLiteral("Seattle")得到的某個StringLiteral<SomeStringNode<…>>。每一個編譯好的查詢,兩者之間通過這一層幫助類橋接,整個流程大致是 :解析階段讀到
'Seattle',把字符串塞進類型
LiteralTypeFactory.CreateStringLiteral負責把字符串字麵量轉換成這樣一個類型:public static Type CreateStringLiteral(string? value){ if (value is null) { return typeof(StringLiteral<StringNull>); } var type = typeof(StringEnd); for (var i = value.Length - 1; i >= 0; i--) { var charType = CreateCharType(value[i]); // Char<...> type = typeof(StringNode<,>).MakeGenericType(charType, type); } return typeof(StringLiteral<>).MakeGenericType(type);}比如我們有一個字麵量
'Seattle',
internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}有了這樣的類型鏈表,委托帶來的那點開銷;
- 一棵解析出來的查詢(
- 要麽幹脆極端一點 :把數據塞進數據庫,
LessThanFilter、布爾結構
給定一個解析後的
WhereExpression樹 :A AND B→AndFilter<TRow, TA, TB>;A OR B→OrFilter<TRow, TA, TB>;NOT A→NotFilter<TRow, TA>。並且 ,歡迎點讚和 Star:https://github.com/hez2010/TypedSql 內部用''轉義)null
- 列名大小寫不敏感
$代表當前行來源
整體解析流程很簡單 :
- 先把 SQL 字符串切成 token;
- 再構建一棵小 AST,所以隻需要計算一次,
之後每次.Execute,於是我選擇把字符串包在一個小的值類型裏:
internal readonly struct ValueString(string? value) : IEquatable<ValueString>, IComparable<ValueString>{ public readonly string? Value = value; public int CompareTo(ValueString other) => string.Compare(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); public bool Equals(ValueString other) { return string.Equals(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); } public override string? ToString() => Value; public static implicit operator ValueString(string value) => new(value); public static implicit operator string?(ValueString value) => value.Value;}再配一個適配器,用接口
IStringNode來描述 :internal interface IStringNode{ static abstract int Length { get; } static abstract void Write(Span<char> destination, int index);}有三個實現:
StringEnd:字符串的結尾(長度 0);StringNull:表示 null 字符串(長度 -1);StringNode<TChar, TNext>:當前一個字符 + 剩餘部分。展開 、入口一般會是這樣的 :var compiled = QueryEngine.Compile<Person, string>( "SELECT Name FROM $ WHERE City != 'Seattle'");Compile<TRow, TResult>在內部會做這麽幾件事:- 解析 SQL,
這樣一來 ,值直接嵌在類型參數裏 。裏麵放運行時類型;
- 同時記錄一份公共
ValueTuple<...>類型 ,
- 在運行時構建一棵表達式樹 ,這個類型從頭到尾描述了整個查詢管道 ,以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題
,
最後 ,而就是一個數組或者 List<T>
。
把執行計劃塞進類型係統
在 TypedSql 裏 ,都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道,
字符串字麵量就比較有趣了 。
對使用者來說 ,
編譯器做的事情 ,把它編譯成一個類型 ,後續訪問都是直接讀靜態字段,解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;
'S'……最終得到類似這樣一個類型:
StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, StringNode<Char<'a'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>>>>>>>最後再用 StringLiteral<>把它包起來 :
StringLiteral< StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, ... > >>這一整個封閉泛型類型
,用聲明的 CLR 類型(如 string)。
TypedSql 裏有一個很小的優化器,這一塊用到了動態代碼生成,都會在 Stop前麵再加一個 Select節點 :
Select<TRow, TProjection, Stop<...>, TMiddle, TRuntimeResult, TRoot> → Stop<...>這個節點內部會調用投影的靜態 Project方法,會生成一個 DynamicMethod來做拷貝 :
internal static class ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>{ private delegate void CopyDelegate(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source); private static readonly CopyDelegate _helper = default!; public static void Copy(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source) { if (typeof(TPublicResult) == typeof(TRuntimeResult)) { dest = Unsafe.As<TRuntimeResult, TPublicResult>(ref Unsafe.AsRef(in source)); } else { _helper.Invoke(ref dest, in source); } } static ValueTupleConvertHelper() { // 構造 DynamicMethod 和 IL ,去虛擬化和內聯等優化,比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣 。比如 (ValueString, int, ValueString, …),最後還得把結果以某種形式“交出去”。隻要利用好 C# 的泛型和靜態成員 ,並且不同於 C++ 的模板和 constexpr ,它隻是圍繞一個很具體的問題:C# 的類型係統到底能讓我們把多少查詢邏輯搬過去,
把查詢變成嵌套的泛型類型
TypedSql 的核心想法看上去非常簡單
:一個查詢 ,
字麵量工廠
上麵這些編碼最後都歸到一個工廠類裏統一封裝:
internal static class LiteralTypeFactory{ public static Type CreateIntLiteral(int value) { ... } public static Type CreateFloatLiteral(float value) { ... } public static Type CreateBoolLiteral(bool value) { ... } public static Type CreateStringLiteral(string? value) { ... }}
SQL 編譯階段會根據兩方麵信息來調用它:
- 列的運行時類型(
int、設計了一個很小的 SQL 方言:支持這些語句:
SELECT * FROM $SELECT col FROM $SELECT col1, col2, ... FROM $WHERE支持:- 比較 :
=, !=, >, <, >=, <= - 布爾:
AND, OR, NOT - 括號
- 字麵量支持
:
- 整數(如
42) - 浮點數(如
123.45) - 布爾(
true/ false) - 單引號字符串(
'Seattle',這使得運行時會產生類型字典查找的開銷
。而外麵看到的則是 (string, int, string, …) ,其中複原通過靜態類型的緩存完成,.NET 的 JIT 能夠識別這種模式,而是想試試看 :在保持 SQL 風格外殼的情況下,但在性能上還能再優化一點
:
Where和 Select其實可以合並成一步。就是字麵量 'Seattle'的類型版本
。運行時類型改為 ValueString;
- 構建一個
ColumnProjection<TRuntimeColumn, TRow, TRuntimeValue>。在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步
。過濾器
過濾器的接口長這樣 :
internal interface IFilter<TRow>{ static abstract bool Evaluate(in TRow row);}
一個最常用的比較過濾器形式,諸如查詢引擎
、
這也符合我們對它內部結構的預期 :
- 查詢管道是類型層級的,要遞歸下去做同樣的事情。我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構
,整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的 ,而不需要在編譯時確定一切
!
G_M000_IG05裏的 add r14, 72 ,展望未來的應用 ,內存內查詢 ,同時對外還不需要暴露這些內部細節,
這時候:
- 運行時結果類型 = 行類型本身:
TRuntimeResult = TRow; - 公共結果類型也是
TRow; - 管道尾部就是一個
Stop<TRow, TRow>節點
。就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。也不是某個遠程服務的結果,你照樣寫 string
,達到了性能和易用性的平衡。最終生成和手寫循環幾乎一樣的機器碼
尾聲
TypedSql 隻是一個簡單的內存查詢引擎實驗。
它在類型初始化時,才允許使用這種元組轉換
。遠遠超過即使是在 .NET 10 中已經被高度優化後的 LINQ 的性能
。也就是說,
SELECT col1, col2, ...:
- 分別解析每一列;
- 構造一個
ValueTupleProjection,我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的,一套代碼同時支持 JIT 和 AOT
!但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能,值類型特化版字符串
:ValueString
在 .NET 裏,例如 :
// 編譯一次var wellPaidManagers = QueryEngine.Compile<Person, Person>( """ SELECT * FROM $ WHERE Department = 'Engineering' AND IsManager = true AND YearsAtCompany >= 5 AND Salary > 170000 AND Country = 'US' """);// 針對不同數據集多次執行var result = wellPaidManagers.Execute(allPeople.AsSpan());
要是你隻需要一部分列
,避免了運行時的計算;而 dec esi更是直接把遞增的循環優化成了遞減,也可以返回元組
:
var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>( """ SELECT Name, City, Level FROM $ WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle' """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){ Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}
所有重活——解析 SQL
、都可以通過類似的方式來實現 ,減少了一次比較指令。沒有任何的虛擬調用
,
這個管道是由一些基礎節點拚出來的,JIT 又生成了代碼跳轉到 G_M000_IG10
,看起來也優雅
,字麵量編碼、從而在保持靈活性的同時,float
、LessOrEqualFilter、
比如 Where節點大概長這樣
:
internal readonly struct Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TNext : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { TNext.Process(in row, ref runtime); } }}
關鍵點在於:
- 管道的形狀,那麽:
- 運行時列類型是
:
ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>; - 運行時值類型是 :
ValueString; - 字麵量類型
,把這些東西變成:
- 一個封閉的管道類型
TPipeline
,例如:public sealed record Person( int Id, string Name, int Age, string City, float Salary, string Department, bool IsManager, int YearsAtCompany, string Country, string? Team, string Level);
為每一列實現一個 IColumn<Person, TValue>;
把這些列注冊到 Person對應的 schema 裏;
然後就可以編譯並運行查詢,把原來的 string列變成 ValueString列
:
internal readonly struct ValueStringColumn<TColumn, TRow> : IColumn<TRow, ValueString> where TColumn : IColumn<TRow, string>{ public static string Identifier => TColumn.Identifier; public static ValueString Get(in TRow row) => new(TColumn.Get(in row));}
在內部,TypedSql 的打開方法是 :
定義你的行類型,這就是一張普通的靜態調用圖而已
。於是 StringLiteral<StringNull>.Value直接返回 new ValueString(null) 。我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型,你既可以直接拿去執行,並通過接口的靜態抽象成員來約束它們的行為
- 把它們組合成一串嵌套的泛型管道節點(
Where、沒有任何的運行時分發,並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力,GreaterOrEqualFilter 、雖然這點開銷不大
,string是一個引用類型
,運行時類型就跟它一致; - 如果是
string
,對外返回 string?(靠隱式轉換)
。盡可能地把 Where和 Select融合在一起, 調用 CreateStringLiteral("Seattle"):
初始 type = typeof(StringEnd);
從右到左遍曆每個字符:
'e'→ 得到一個 Char<…>類型(4 個十六進製數位對應 Unicode)type = StringNode<Char<'e'>, StringEnd>
'l'再往前:type = StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>
- 一直重複
:
't' 、這裏的 72就是 sizeof(Person),簡單性能對比
TypedSql 的目標並不是炫技用類型,
運行時內部用的是 ValueString,
整體流程:編譯並執行查詢
站在使用者的角度
,
搭好整個管道類型
到目前為止,
於是
,
每一列會實現這樣一個接口:
internal interface IColumn<TRow, TValue>{ static abstract string Identifier { get; } static abstract TValue Get(in TRow row);}
舉個簡單的例子:
internal readonly struct PersonNameColumn : IColumn<Person, string>{ public static string Identifier => "Name"; public static string Get(in Person row) => row.Name;}
而投影(SELECT後麵那部分)則實現:
internal interface IProjection<TRow, TResult>{ static abstract TResult Project(in TRow row);}
將選出某一列本身做成一個投影
,步驟稍微多一點:
SELECT col :
- 根據列名解析出對應的
ColumnMetadata; - 決定它的運行時值類型
:
- 如果列類型本身不是
string,看起來很像 SQL 的內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏 ,隻不過最後用 Unsafe.BitCast<int, float>轉回 float
:internal readonly struct Float<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<float> where H7 : IHex // ...{ public static float Value => Unsafe.BitCast<int, float>( (H7.Value << 28) | (H6.Value << 24) | (H5.Value << 20) | (H4.Value << 16) | (H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}
字符則是 4 個十六進製數位:
internal readonly struct Char<H3, H2, H1, H0> : ILiteral<char> where H3 : IHex // ...{ public static char Value => (char)((H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}
字符串字麵量:類型的鏈表!Float、
邏輯運算也是在類型層麵組合的
:
internal readonly struct AndFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow> where TLeft : IFilter<TRow> where TRight : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => TLeft.Evaluate(in row) && TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct OrFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow> where TLeft : IFilter<TRow> where TRight : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => TLeft.Evaluate(in row) || TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct NotFilter<TRow, TPredicate> : IFilter<TRow> where TPredicate : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => !TPredicate.Evaluate(in row);}
所以,
編譯 WHERE
WHERE子句以遞歸方式編譯成類型。'e'、否則的話,我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏,再把結果轉交給 Stop.Process處理。外麵希望看到 string
→ 調用 AsStringRows,最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹,實現起來非常簡單。
GreaterThanFilter、
- 再拿著這棵樹去解釋執行整個查詢;
而是:寫一段 SQL 風格的字符串,
而過濾器在需要值的時候,這使得查詢過程可以最大化利用值類型的泛型特化優勢,
不過需要注意的是 ,而是針對單表
、從而實現極高的性能
。而你甚至不需要實現任何的代碼生成後端,編寫一次,一旦 Compile做完這些準備工作,但代碼稍微有點囉嗦;
- 用 LINQ —— 寫起來舒服,.NET 又能針對這些類型生成多快的代碼
?
於是 ,會去找這樣的模式:
Where<TRow, TPredicate, Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>, TResult, TRoot>
一旦發現,
順著這個想法,當成查詢計劃會怎樣
?
也就是說,列又是什麽 ,內部包 string?)
- ……未來還可以擴展更多
數值字麵量
數值字麵量的編碼方式很直接:用 16 進製和位運算拚出來。投影一下 。不需要再分兩趟。也必須變成類型參數的一部分
。結構在編譯期就定死
- 列
、
最終的效果就是
:WHERE 子句裏每一個字麵量
, // 遇到 Rest 字段時遞歸。這段代碼專門處理長度為 10 的字符串的快速比較路徑 。每個節點隻有一個靜態 Evaluate方法。比如 :
City = 'Seattle'Salary >= 180000Team != null
都會變成一個具體的過濾器類型
:
Type BuildComparisonPredicate<TRow>(ComparisonExpression comparison){ var rowType = typeof(TRow); var column = SchemaRegistry<TRow>.ResolveColumn(comparison.ColumnIdentifier); var runtimeColumnType = column.GetRuntimeColumnType(rowType); var runtimeColumnValueType = column.GetRuntimeValueType(); var literalType = CreateLiteralType(runtimeColumnValueType, comparison.Literal); var filterDefinition = comparison.Operator switch { ComparisonOperator.Equals => typeof(EqualsFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterThan => typeof(GreaterThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessThan => typeof(LessThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterOrEqual=> typeof(GreaterOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessOrEqual => typeof(LessOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.NotEqual => typeof(NotEqualFilter<,,,>), _ => throw … }; return filterDefinition.MakeGenericType( rowType, runtimeColumnType, literalType, runtimeColumnValueType);}
以 City = 'Seattle'為例,然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法。兩全其美 。
這裏我選擇在類型層麵構建一條字符鏈表 ,
TypedSql 編譯出來的類型大概是這樣:
QueryProgram< Person, WhereSelect< Person, EqualsFilter< Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, 'Seattle', ValueString >, ColumnProjection<PersonIdColumn, Person, Int32>, Stop<Int32, Person>, Int32, Int32, Person>,Int32,Int32>
讓我們來看看 RyuJIT 為我們的查詢方案生成了什麽樣的機器碼:
G_M000_IG01: ; prologue push r15 push r14 push rdi push rsi push rbp push rbx sub rsp, 40 mov rbx, rcxG_M000_IG02: ; 分配結果數組 mov esi, dword ptr [rbx+0x08] mov edx, esi mov rcx, 0x7FFE71F29558 call CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC mov rdi, rax xor ebp, ebp mov rbx, bword ptr [rbx] test esi, esi jle SHORT G_M000_IG06G_M000_IG03: ; 初始化循環變量 xor r14d, r14dG_M000_IG04: ; 循環體 lea r15, bword ptr [rbx+r14] mov rcx, gword ptr [r15+0x08] mov rdx, 0x16EB0400D30 mov rdx, gword ptr [rdx] mov rdx, gword ptr [rdx+0x08] cmp rcx, rdx je G_M000_IG12 test rcx, rcx je SHORT G_M000_IG05 test rdx, rdx je SHORT G_M000_IG05 mov r8d, dword ptr [rcx+0x08] cmp r8d, dword ptr [rdx+0x08] je SHORT G_M000_IG08G_M000_IG05: ; 更新循環計數器 add r14, 72 dec esi jne SHORT G_M000_IG04G_M000_IG06: ; 產生結果對象 mov rcx, 0x7FFE72227600 call CORINFO_HELP_NEWSFAST mov rbx, rax lea rcx, bword ptr [rbx+0x08] mov rdx, rdi call CORINFO_HELP_ASSIGN_REF mov dword ptr [rbx+0x10], ebp mov rax, rbxG_M000_IG07: ; epilogue add rsp, 40 pop rbx pop rbp pop rsi pop rdi pop r14 pop r15 retG_M000_IG08: ; 字符串長度比較 lea rax, bword ptr [rcx+0x0C] add rdx, 12 mov ecx, dword ptr [rcx+0x08] add ecx, ecx mov r8d, ecx cmp r8, 10 je SHORT G_M000_IG10G_M000_IG09: ; 字符串內容慢速比較 mov rcx, rax call [System.SpanHelpers:SequenceEqual(byref,byref,nuint):bool] jmp SHORT G_M000_IG11G_M000_IG10: ; 字符串內容快速比較 mov rcx, qword ptr [rax] mov rax, qword ptr [rax+0x02] mov r8, qword ptr [rdx] xor rcx, r8 xor rax, qword ptr [rdx+0x02] or rcx, rax sete al movzx rax, alG_M000_IG11: ; 處理比較結果 test eax, eax je SHORT G_M000_IG05G_M000_IG12: ; 把匹配的 Id 寫入結果數組 mov ecx, dword ptr [r15+0x30] lea rax, bword ptr [rdi+0x10] lea edx, [rbp+0x01] mov r15d, edx movsxd rdx, ebp mov dword ptr [rax+4*rdx], ecx mov ebp, r15d jmp G_M000_IG05
注意看 G_M000_IG08的 r8, 10,我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨
!運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型
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兩邊都是某種 ValueTuple形狀
→ 用 AsValueTupleRows<TPublicResult>()
口是心非網