MySQL高级函数之：`ROW_NUMBER()`：其在数据分区排序中的排名应用。

MySQL 高级函数之 ROW_NUMBER()：数据分区排序排名应用

大家好，今天我们深入探讨 MySQL 中的一个强大的窗口函数：ROW_NUMBER()。这个函数在数据分析、报表生成、以及需要对数据进行排序和排名的场景中非常有用。我们将从基础概念入手，逐步深入，并通过实际案例展示其强大的功能。

1. 窗口函数基础

在了解 ROW_NUMBER() 之前，我们需要理解什么是窗口函数。 简单来说，窗口函数允许我们在查询结果的“窗口”范围内执行计算，而这个窗口是基于OVER() 子句定义的。与聚合函数（如 COUNT(), SUM(), AVG()）不同，窗口函数不会将多行数据合并成单行，而是为查询结果的每一行都返回一个值。

窗口函数的语法结构通常如下：

window_function(arguments) OVER (
  [PARTITION BY column1, column2, ...]
  [ORDER BY column1 [ASC | DESC], column2 [ASC | DESC], ...]
  [frame_clause]
)

• window_function(): 需要使用的窗口函数，例如 ROW_NUMBER(), RANK(), DENSE_RANK() 等。
• OVER(): 定义窗口的子句。
  • PARTITION BY: 将数据划分为多个分区，窗口函数将分别在每个分区内执行。 如果没有 PARTITION BY 子句，则整个结果集被视为一个分区。
  • ORDER BY: 定义每个分区内数据的排序方式。 窗口函数的计算是基于这个排序顺序进行的。
  • frame_clause: 定义窗口的范围（可选）。 例如，可以指定窗口包含当前行的前 N 行和后 M 行。

2. ROW_NUMBER() 函数详解

ROW_NUMBER() 函数的作用很简单：它为每个分区中的每一行分配一个唯一的序列号，从 1 开始。 它的语法如下：

ROW_NUMBER() OVER (
  [PARTITION BY column1, column2, ...]
  ORDER BY column1 [ASC | DESC], column2 [ASC | DESC], ...
)

ROW_NUMBER() 本身不接受任何参数。 关键在于 OVER() 子句中的 PARTITION BY 和 ORDER BY 子句。

• PARTITION BY (可选): 如前所述，它将结果集划分为多个分区。 ROW_NUMBER() 会在每个分区内重新开始计数。 如果没有 PARTITION BY，则整个结果集被视为一个分区。
• ORDER BY (必需): 它定义了每个分区内行的排序方式。 ROW_NUMBER() 根据这个排序结果分配序列号。 如果 ORDER BY 缺失，MySQL 会报错。

3. 示例数据库和表结构

为了更好地演示 ROW_NUMBER() 的用法，我们创建一个示例数据库 company_db 和一个表 employees：

CREATE DATABASE IF NOT EXISTS company_db;
USE company_db;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS employees (
    employee_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    department_id INT,
    employee_name VARCHAR(255),
    salary DECIMAL(10, 2)
);

INSERT INTO employees (department_id, employee_name, salary) VALUES
(1, 'Alice', 60000.00),
(1, 'Bob', 55000.00),
(1, 'Charlie', 70000.00),
(2, 'David', 50000.00),
(2, 'Eve', 65000.00),
(2, 'Frank', 65000.00),
(3, 'Grace', 80000.00),
(3, 'Henry', 75000.00),
(3, 'Ivy', 90000.00);

这个表包含员工ID、部门ID、员工姓名和薪水。

4. 简单示例：为所有员工分配排名

以下查询使用 ROW_NUMBER() 为所有员工分配一个基于薪水的排名，薪水最高的员工排名第一：

SELECT
    employee_id,
    employee_name,
    salary,
    ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY salary DESC) AS salary_rank
FROM
    employees;

结果：

employee_id	employee_name	salary	salary_rank
9	Ivy	90000.00	1
7	Grace	80000.00	2
3	Charlie	70000.00	3
8	Henry	75000.00	4
5	Eve	65000.00	5
6	Frank	65000.00	6
1	Alice	60000.00	7
2	Bob	55000.00	8
4	David	50000.00	9

在这个例子中，OVER (ORDER BY salary DESC) 指定了根据薪水降序排列，并基于这个排序结果分配排名。即使 Eve 和 Frank 薪水相同，他们也会被分配不同的排名 (5 和 6)。 ROW_NUMBER() 保证了每个员工都有唯一的排名。

5. 分区排序：按部门分配排名

现在，我们使用 PARTITION BY 子句，按部门对员工进行排名。 以下查询为每个部门内的员工分配一个基于薪水的排名：

SELECT
    employee_id,
    department_id,
    employee_name,
    salary,
    ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS department_salary_rank
FROM
    employees;

结果：

employee_id	department_id	employee_name	salary	department_salary_rank
3	1	Charlie	70000.00	1
1	1	Alice	60000.00	2
2	1	Bob	55000.00	3
5	2	Eve	65000.00	1
6	2	Frank	65000.00	2
4	2	David	50000.00	3
9	3	Ivy	90000.00	1
7	3	Grace	80000.00	2
8	3	Henry	75000.00	3

在这个例子中，PARTITION BY department_id 将员工按部门划分成不同的分区。 ROW_NUMBER() 在每个部门内部根据薪水降序分配排名。可以看到，每个部门都有一个排名为 1 的员工。 注意，Eve 和 Frank 在同一部门，且薪水相同，但由于 ROW_NUMBER() 的特性，他们仍然被分配了不同的排名(1和2)。具体顺序取决于数据存储顺序。

6. 与 RANK() 和 DENSE_RANK() 的区别

ROW_NUMBER(), RANK(), 和 DENSE_RANK() 都是窗口函数，用于分配排名，但它们之间存在关键区别：

• ROW_NUMBER(): 为每个分区中的每一行分配一个唯一的序列号，即使多行具有相同的排序值。 不会跳过排名。
• RANK(): 为每个分区中的每一行分配一个排名。 如果多行具有相同的排序值，则它们获得相同的排名，并且下一个排名将被跳过。
• DENSE_RANK(): 与 RANK() 类似，但不会跳过排名。 如果多行具有相同的排序值，则它们获得相同的排名，下一个排名是连续的。

为了更清晰地理解它们之间的区别，我们添加一些数据，使得在同一个部门有相同的工资：

INSERT INTO employees (department_id, employee_name, salary) VALUES
(1, 'Isaac', 70000.00),  -- 与 Charlie 相同
(2, 'Olivia', 65000.00); -- 与 Eve 和 Frank 相同

现在，我们使用 ROW_NUMBER(), RANK(), 和 DENSE_RANK() 同时进行排名：

SELECT
    employee_id,
    department_id,
    employee_name,
    salary,
    ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS row_number_rank,
    RANK() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS rank_rank,
    DENSE_RANK() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS dense_rank_rank
FROM
    employees;

结果：

employee_id	department_id	employee_name	salary	row_number_rank	rank_rank	dense_rank_rank
3	1	Charlie	70000.00	1	1	1
10	1	Isaac	70000.00	2	1	1
1	1	Alice	60000.00	3	3	2
2	1	Bob	55000.00	4	4	3
5	2	Eve	65000.00	1	1	1
6	2	Frank	65000.00	2	1	1
11	2	Olivia	65000.00	3	1	1
4	2	David	50000.00	4	4	2
9	3	Ivy	90000.00	1	1	1
7	3	Grace	80000.00	2	2	2
8	3	Henry	75000.00	3	3	3

观察结果：

• 在 department_id = 1 中，Charlie 和 Isaac 薪水相同。ROW_NUMBER() 分别给他们分配了排名 1 和 2，而 RANK() 和 DENSE_RANK() 都给他们分配了排名 1。 接下来，Alice 的 RANK() 是 3 (跳过了排名 2)，而 DENSE_RANK() 是 2 (没有跳过排名)。
• 在 department_id = 2 中，Eve, Frank, 和 Olivia 薪水相同. ROW_NUMBER() 分别分配排名 1, 2, 3, 而 RANK() 和 DENSE_RANK() 都给他们分配了排名 1. 接下来, David 的 RANK() 是 4 (跳过了排名 2 和 3), 而 DENSE_RANK() 是 2 (没有跳过排名)。

7. 实际应用场景

ROW_NUMBER() 在许多实际场景中都非常有用。 以下是一些例子：

• 分页查询： 可以使用 ROW_NUMBER() 为查询结果添加行号，然后通过行号进行分页。

  SELECT
      employee_id,
      employee_name,
      salary
  FROM
      (
          SELECT
              employee_id,
              employee_name,
              salary,
              ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY salary DESC) AS row_num
          FROM
              employees
      ) AS ranked_employees
  WHERE
      row_num BETWEEN 1 AND 5;  -- 获取薪水最高的 5 名员工

• 获取每个分组的前 N 条记录： 可以使用 PARTITION BY 和 ROW_NUMBER() 来获取每个分组中满足特定条件的前 N 条记录。

  SELECT
      employee_id,
      department_id,
      employee_name,
      salary
  FROM
      (
          SELECT
              employee_id,
              department_id,
              employee_name,
              salary,
              ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id ORDER BY salary DESC) AS department_rank
          FROM
              employees
      ) AS ranked_employees
  WHERE
      department_rank <= 2;  -- 获取每个部门薪水最高的 2 名员工

• 删除重复数据： 可以使用 ROW_NUMBER() 标记重复的行，然后删除除了第一行之外的所有重复行。 （注意：删除操作需要谨慎，最好先备份数据。）

  -- 创建一个临时表，包含行号
  CREATE TEMPORARY TABLE temp_employees AS
  SELECT
      employee_id,
      department_id,
      employee_name,
      salary,
      ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY department_id, employee_name, salary ORDER BY employee_id) AS row_num
  FROM
      employees;
  
  -- 删除临时表中行号大于 1 的记录
  DELETE FROM employees
  WHERE employee_id IN (SELECT employee_id FROM temp_employees WHERE row_num > 1);
  
  -- 删除临时表
  DROP TEMPORARY TABLE IF EXISTS temp_employees;

  这个例子中，我们假设 department_id, employee_name, 和 salary 相同的行是重复的。 ROW_NUMBER() 根据这些字段进行分区，并根据 employee_id 排序。 然后，我们删除所有 row_num 大于 1 的行，只保留每个重复组的第一行。

8. 性能考虑

虽然 ROW_NUMBER() 功能强大，但在处理大量数据时需要注意性能。 窗口函数通常需要对数据进行排序，这可能会消耗大量的 CPU 和内存资源。 以下是一些优化建议：

• 确保有合适的索引： 在 PARTITION BY 和 ORDER BY 子句中使用的列上创建索引可以显著提高查询性能。
• 避免在大型数据集上使用复杂的窗口范围 (frame clause)： 复杂的窗口范围会增加计算的复杂度。
• 考虑预计算： 如果排名结果不需要实时更新，可以考虑定期预计算并将结果存储在单独的表中。
• 使用 EXPLAIN 分析查询计划： 使用 EXPLAIN 语句可以查看 MySQL 的查询计划，并找出潜在的性能瓶颈。

9. 兼容性

ROW_NUMBER() 函数是 SQL 标准的一部分，并且被大多数主流数据库系统支持，包括 MySQL (8.0 及以上版本), PostgreSQL, SQL Server, Oracle 等。 但是，不同数据库系统的语法和实现细节可能略有不同。 因此，在跨数据库系统迁移代码时，需要仔细检查并进行相应的调整。

函数使用技巧的总结

ROW_NUMBER() 函数是 MySQL 中一个非常实用的窗口函数，它能够在数据分区排序中发挥重要作用。通过灵活运用 PARTITION BY 和 ORDER BY 子句，我们可以轻松实现各种复杂的排名需求。 理解 ROW_NUMBER() 与 RANK() 和 DENSE_RANK() 的区别对于选择正确的排名函数至关重要。