MySQL高级数据类型之：`MySQL`的`JSON`压缩：`MySQL 8.0`中的`JSON`存储优化。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

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MySQL 8.0 JSON存储优化：深入JSON压缩

大家好，今天我们来深入探讨MySQL 8.0中针对JSON数据类型的存储优化，特别是JSON压缩。在现代Web应用和数据驱动的架构中，JSON已经成为一种无处不在的数据交换格式。MySQL在5.7版本中引入了JSON数据类型，极大地提升了处理半结构化数据的能力。而MySQL 8.0则在此基础上，进一步优化了JSON的存储和查询性能，其中JSON压缩是关键的一环。

1. JSON数据类型的演进

首先，我们回顾一下MySQL中JSON数据类型的发展历程。

MySQL 5.7: 引入了JSON数据类型，允许直接在数据库中存储和操作JSON文档。提供了JSON_EXTRACT, JSON_OBJECT, JSON_ARRAY, JSON_CONTAINS等函数，用于处理JSON数据。
MySQL 8.0: 在5.7的基础上，进行了大量的性能优化，包括：
- 自动JSON验证: 在插入或更新JSON数据时，会自动验证JSON文档的有效性，避免存储无效数据。
- 优化存储格式: 使用内部二进制格式存储JSON数据，减少存储空间，提高查询效率。
- JSON压缩: 在存储JSON数据时，可以进行压缩，进一步减少存储空间。
- 增强的JSON函数: 增加了更多的JSON函数，例如JSON_ARRAYAGG, JSON_MERGE_PATCH等，提供了更强大的JSON处理能力。
- 索引支持: 支持在JSON字段上创建索引，加速JSON数据的查询。

2. JSON压缩的原理和优势

MySQL 8.0的JSON压缩并非简单的通用压缩算法，而是针对JSON数据的特性进行优化的。其核心思想是：

消除冗余的空白字符: JSON文档中通常包含大量的空白字符（空格、制表符、换行符），这些字符对数据本身没有意义，可以安全地移除。
优化键名存储: JSON对象的键名通常会重复出现，可以采用字典编码的方式，将键名映射到更短的整数，减少存储空间。
内部二进制格式: JSON数据在内部存储为一种优化的二进制格式，这种格式更紧凑，更易于解析。

JSON压缩带来的优势主要体现在以下几个方面：

减少存储空间: 显著减少JSON数据占用的存储空间，降低存储成本。
提高查询性能: 由于数据量减少，可以减少磁盘I/O，提高查询速度。
提高网络传输效率: 在需要将JSON数据传输到客户端时，压缩后的数据包更小，传输速度更快。

3. JSON压缩的实现方式

MySQL 8.0默认启用JSON压缩，无需手动配置。当向JSON字段插入数据时，MySQL会自动进行压缩。

存储过程: 当数据写入JSON列时，MySQL会自动将其转换为内部的压缩二进制格式。
检索过程: 当读取JSON列时，MySQL会自动将其解压缩为可读的JSON文本格式。

4. JSON压缩示例

我们通过一些示例来演示JSON压缩的效果。

首先，创建一个表，包含一个JSON类型的字段：

CREATE TABLE products (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_info JSON
);

然后，插入一些JSON数据：

INSERT INTO products (product_info) VALUES
('{"name": "Laptop", "price": 1200, "features": ["16GB RAM", "512GB SSD", "Intel Core i7"]}'),
('{"name": "Smartphone", "price": 800, "features": ["6.5 inch display", "128GB Storage", "Dual Camera"]}'),
('{"name": "Tablet", "price": 400, "features": ["10 inch display", "64GB Storage", "Single Camera"]}');

要查看JSON字段的实际存储大小，可以使用LENGTH函数：

SELECT id, LENGTH(product_info) AS json_length FROM products;

这个json_length返回的是JSON字符串的长度，而不是实际占用的存储空间。要查看实际占用的存储空间，需要使用INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS表：

SELECT
    COLUMN_NAME,
    DATA_TYPE,
    CHARACTER_MAXIMUM_LENGTH,
    COLUMN_TYPE
FROM
    INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
WHERE
    TABLE_NAME = 'products' AND COLUMN_NAME = 'product_info';

但是，CHARACTER_MAXIMUM_LENGTH对于JSON类型通常是很大的值，并不能反映实际的存储大小。

要更准确地评估JSON压缩的效果，可以比较压缩前后的数据大小。一种方法是将JSON数据导出到文件，然后比较文件大小。另一种方法是在插入数据之前和之后，查看表的磁盘空间占用情况。

5. JSON压缩的性能影响

虽然JSON压缩可以减少存储空间，但也会带来一定的性能开销。压缩和解压缩都需要消耗CPU资源。

写入性能: 压缩会增加写入操作的CPU开销，但通常影响不大，因为MySQL的JSON压缩算法非常高效。
读取性能: 解压缩会增加读取操作的CPU开销，但同样影响不大，因为MySQL的JSON解析器经过了高度优化。

在实际应用中，JSON压缩的性能影响通常是可以忽略的，尤其是当JSON数据量较大时，压缩带来的存储空间节省和I/O减少，往往能抵消压缩和解压缩的CPU开销。

6. JSON压缩的适用场景

JSON压缩最适合以下场景：

存储大量JSON数据: 当需要存储大量的JSON数据时，压缩可以显著减少存储成本。
高并发读取: 当需要频繁读取JSON数据时，压缩可以减少磁盘I/O，提高查询性能。
网络传输: 当需要将JSON数据通过网络传输时，压缩可以减少数据包大小，提高传输速度。

7. JSON压缩与其他优化手段的结合

JSON压缩可以与其他优化手段结合使用，进一步提高JSON数据的处理效率。

索引: 在JSON字段上创建索引，可以加速JSON数据的查询。MySQL 8.0支持在JSON字段的特定路径上创建索引。例如：
```
CREATE INDEX idx_product_name ON products ((JSON_EXTRACT(product_info, '$.name')));
```
这个索引可以加速根据产品名称进行的查询。
分区表: 对于大型JSON数据表，可以考虑使用分区表，将数据分散到多个物理分区中，提高查询效率。
查询优化: 编写高效的SQL查询语句，避免全表扫描，充分利用索引。

8. JSON函数详解

MySQL 8.0提供了丰富的JSON函数，用于处理JSON数据。下面是一些常用的JSON函数：

函数名称	功能描述

接下来，我们使用JSON_EXTRACT函数来提取JSON数据：

SELECT id, JSON_EXTRACT(product_info, '$.name') AS product_name FROM products;

这个查询会返回每个产品的名称。

还可以使用JSON_CONTAINS函数来查找包含特定特征的产品：

SELECT id, product_info FROM products WHERE JSON_CONTAINS(product_info, '{"features": ["16GB RAM"]}');

这个查询会返回包含16GB RAM的产品的ID和完整JSON信息。

9. JSON Schema验证

MySQL 8.0 支持JSON Schema 验证，可以在插入或更新JSON数据时，根据预定义的Schema验证数据的有效性。

首先，创建一个JSON Schema：

{
  "type": "object",
  "properties": {
    "name": { "type": "string" },
    "price": { "type": "number", "minimum": 0 },
    "features": {
      "type": "array",
      "items": { "type": "string" }
    }
  },
  "required": ["name", "price", "features"]
}

然后，使用JSON_SCHEMA_VALID函数来验证JSON数据：

SELECT JSON_SCHEMA_VALID('{
  "type": "object",
  "properties": {
    "name": { "type": "string" },
    "price": { "type": "number", "minimum": 0 },
    "features": {
      "type": "array",
      "items": { "type": "string" }
    }
  },
  "required": ["name", "price", "features"]
}', '{"name": "Laptop", "price": 1200, "features": ["16GB RAM", "512GB SSD", "Intel Core i7"]}');

如果JSON数据符合Schema，则返回1，否则返回0。

可以将JSON Schema验证集成到存储过程中，在插入或更新数据之前进行验证，确保数据的有效性。

10. JSON_ARRAYAGG函数

JSON_ARRAYAGG 函数可以将多个行的JSON值聚合为一个JSON数组。

例如，要将所有产品的名称聚合为一个JSON数组，可以使用以下查询：

SELECT JSON_ARRAYAGG(JSON_EXTRACT(product_info, '$.name')) AS product_names FROM products;

这个查询会返回一个包含所有产品名称的JSON数组。

11. JSON_MERGE_PATCH函数

JSON_MERGE_PATCH 函数可以将两个JSON对象合并为一个新的JSON对象，如果存在相同的键，则使用第二个JSON对象中的值覆盖第一个JSON对象中的值。

例如：

SELECT JSON_MERGE_PATCH('{"name": "Laptop", "price": 1200}', '{"price": 1500, "color": "Silver"}');

这个查询会返回一个新的JSON对象：{"name": "Laptop", "price": 1500, "color": "Silver"}。

12. 总结与展望

MySQL 8.0 的JSON存储优化，特别是JSON压缩，极大地提升了处理JSON数据的效率。通过自动压缩、索引支持、丰富的JSON函数等特性，MySQL 8.0 成为处理半结构化数据的理想选择。在未来，我们可以期待MySQL在JSON数据处理方面有更多的创新和优化，例如更高效的压缩算法、更强大的JSON函数、更灵活的索引支持等。

JSON优化的意义

MySQL 8.0对JSON的存储和处理进行了深度优化，使得在数据库中存储和操作JSON数据变得更加高效和便捷。

JSON函数和索引的价值

丰富JSON函数和JSON索引的引入，为开发者提供了强大的工具，可以轻松地查询、操作和管理JSON数据，极大地提高了开发效率。

MySQL 8.0 JSON存储优化：深入JSON压缩

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