MySQL新版本特性之：`MySQL 8.0`的`JSON`聚合函数：`JSON_ARRAYAGG`和`JSON_OBJECTAGG`的应用。

MySQL 8.0 JSON 聚合函数：JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 的应用

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 8.0 引入的两个强大的 JSON 聚合函数：JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG。 这两个函数极大地简化了将关系型数据转换为 JSON 格式的过程，使得我们可以更方便地处理复杂的数据结构和 API 交互。

1. 为什么需要 JSON 聚合函数？

在传统的 MySQL 应用中，如果要将查询结果转换为 JSON 格式，通常需要在应用程序代码中进行处理。 这不仅增加了代码的复杂性，也降低了性能。 例如，使用 PHP 或 Python 将查询结果循环遍历并构建 JSON 字符串。 这种方法效率低下，尤其是在处理大量数据时。

JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 的出现，将 JSON 构造过程从应用程序层转移到了数据库层。 数据库可以更有效地处理数据聚合和格式化，减少了应用程序的负担，提高了整体性能。 同时，也简化了应用程序的代码，使其更易于维护。

2. JSON_ARRAYAGG：构建 JSON 数组

JSON_ARRAYAGG(expr) 函数将一个或多个表达式的值聚合为一个 JSON 数组。它会遍历指定列的所有行，并将每一行的值添加到 JSON 数组中。

2.1 基本用法

假设我们有一个 employees 表，包含员工的姓名和部门信息：

CREATE TABLE employees (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    department VARCHAR(255) NOT NULL
);

INSERT INTO employees (name, department) VALUES
('Alice', 'Sales'),
('Bob', 'Sales'),
('Charlie', 'Marketing'),
('David', 'Engineering'),
('Eve', 'Engineering');

现在，我们想要获取所有员工姓名的 JSON 数组。 可以使用以下查询：

SELECT JSON_ARRAYAGG(name) AS employee_names FROM employees;

查询结果如下：

[
  "Alice",
  "Bob",
  "Charlie",
  "David",
  "Eve"
]

2.2 使用 GROUP BY 进行分组聚合

JSON_ARRAYAGG 可以与 GROUP BY 子句结合使用，以生成按组聚合的 JSON 数组。 例如，我们可以获取每个部门的员工姓名数组：

SELECT department, JSON_ARRAYAGG(name) AS employee_names
FROM employees
GROUP BY department;

查询结果如下：

[
    {
        "department": "Engineering",
        "employee_names": ["David", "Eve"]
    },
    {
        "department": "Marketing",
        "employee_names": ["Charlie"]
    },
    {
        "department": "Sales",
        "employee_names": ["Alice", "Bob"]
    }
]

(注意：以上结果是逻辑上的JSON，实际MySQL客户端可能会以不同的方式展示，但本质是JSON数据)

2.3 处理 NULL 值

默认情况下，JSON_ARRAYAGG 会忽略 NULL 值。 如果要包含 NULL 值，可以使用 IFNULL 或 COALESCE 函数将其转换为其他值。

例如，假设我们在 employees 表中添加一个 email 列，并且某些员工的邮箱地址为空：

ALTER TABLE employees ADD COLUMN email VARCHAR(255);

UPDATE employees SET email = '[email protected]' WHERE name = 'Alice';
UPDATE employees SET email = '[email protected]' WHERE name = 'Bob';
UPDATE employees SET email = NULL WHERE name = 'Charlie';
UPDATE employees SET email = '[email protected]' WHERE name = 'David';
UPDATE employees SET email = '[email protected]' WHERE name = 'Eve';

如果我们直接使用 JSON_ARRAYAGG(email)， NULL 值会被忽略。

SELECT JSON_ARRAYAGG(email) AS employee_emails FROM employees;

查询结果如下：

[
  "[email protected]",
  "[email protected]",
  "[email protected]",
  "[email protected]"
]

要包含 NULL 值，可以使用 IFNULL 函数将其替换为字符串 "N/A"：

SELECT JSON_ARRAYAGG(IFNULL(email, 'N/A')) AS employee_emails FROM employees;

查询结果如下：

[
  "[email protected]",
  "[email protected]",
  "N/A",
  "[email protected]",
  "[email protected]"
]

2.4 排序结果

我们可以使用 ORDER BY 子句对聚合结果进行排序。 例如，我们可以按员工姓名对每个部门的员工姓名数组进行排序：

SELECT department, JSON_ARRAYAGG(name ORDER BY name) AS employee_names
FROM employees
GROUP BY department;

查询结果如下：

[
    {
        "department": "Engineering",
        "employee_names": ["David", "Eve"]
    },
    {
        "department": "Marketing",
        "employee_names": ["Charlie"]
    },
    {
        "department": "Sales",
        "employee_names": ["Alice", "Bob"]
    }
]

在每个 department 中，员工姓名数组都按照字母顺序进行了排序。

2.5 结合 JSON_OBJECT 构建复杂结构

JSON_ARRAYAGG 可以与 JSON_OBJECT 函数结合使用，以构建更复杂的 JSON 结构。 JSON_OBJECT 函数创建一个 JSON 对象，它接受键值对作为参数。

例如，我们可以将每个员工的姓名和邮箱地址作为一个 JSON 对象，然后将所有员工的 JSON 对象聚合为一个 JSON 数组：

SELECT JSON_ARRAYAGG(JSON_OBJECT('name', name, 'email', email)) AS employee_details
FROM employees;

查询结果如下：

[
  {
    "name": "Alice",
    "email": "[email protected]"
  },
  {
    "name": "Bob",
    "email": "[email protected]"
  },
  {
    "name": "Charlie",
    "email": null
  },
  {
    "name": "David",
    "email": "[email protected]"
  },
  {
    "name": "Eve",
    "email": "[email protected]"
  }
]

3. JSON_OBJECTAGG：构建 JSON 对象

JSON_OBJECTAGG(key, value) 函数将两个表达式的值聚合为一个 JSON 对象。 第一个表达式作为键，第二个表达式作为值。

3.1 基本用法

使用 employees 表，我们可以将每个员工的姓名作为键，邮箱地址作为值，构建一个 JSON 对象：

SELECT JSON_OBJECTAGG(name, email) AS employee_emails FROM employees;

查询结果如下：

{
  "Alice": "[email protected]",
  "Bob": "[email protected]",
  "Charlie": null,
  "David": "[email protected]",
  "Eve": "[email protected]"
}

3.2 处理 NULL 键

JSON_OBJECTAGG 不允许使用 NULL 作为键。 如果键表达式返回 NULL，则函数会返回一个错误。 因此，在使用 JSON_OBJECTAGG 时，必须确保键表达式永远不会返回 NULL。 如果键可能为 NULL，可以使用 IFNULL 或 COALESCE 函数将其替换为其他值。

3.3 使用 GROUP BY 进行分组聚合

JSON_OBJECTAGG 可以与 GROUP BY 子句结合使用，以生成按组聚合的 JSON 对象。 例如，我们可以获取每个部门的员工姓名和邮箱地址的 JSON 对象：

SELECT department, JSON_OBJECTAGG(name, email) AS department_emails
FROM employees
GROUP BY department;

查询结果如下：

[
    {
        "department": "Engineering",
        "department_emails": {
            "David": "[email protected]",
            "Eve": "[email protected]"
        }
    },
    {
        "department": "Marketing",
        "department_emails": {
            "Charlie": null
        }
    },
    {
        "department": "Sales",
        "department_emails": {
            "Alice": "[email protected]",
            "Bob": "[email protected]"
        }
    }
]

3.4 键的唯一性

JSON_OBJECTAGG 要求键是唯一的。 如果键重复，则后面的值会覆盖前面的值。 这意味着，如果同一部门有多个员工同名，那么最终 JSON 对象中只会保留最后一个员工的邮箱地址。

例如，假设我们在 employees 表中添加一个同名的员工：

INSERT INTO employees (name, department, email) VALUES
('Alice', 'Sales', '[email protected]');

现在，我们再次执行之前的查询：

SELECT department, JSON_OBJECTAGG(name, email) AS department_emails
FROM employees
GROUP BY department;

查询结果如下：

[
    {
        "department": "Engineering",
        "department_emails": {
            "David": "[email protected]",
            "Eve": "[email protected]"
        }
    },
    {
        "department": "Marketing",
        "department_emails": {
            "Charlie": null
        }
    },
    {
        "department": "Sales",
        "department_emails": {
            "Alice": "[email protected]",
            "Bob": "[email protected]"
        }
    }
]

可以看到，Sales 部门中 Alice 的邮箱地址被更新为 [email protected]。

3.5 结合 JSON_ARRAYAGG 构建复杂结构

JSON_OBJECTAGG 可以与 JSON_ARRAYAGG 函数结合使用，以构建更复杂的 JSON 结构。 例如，我们可以将每个部门的员工姓名数组作为值，部门名称作为键，构建一个 JSON 对象：

SELECT JSON_OBJECTAGG(department, JSON_ARRAYAGG(name)) AS department_employees
FROM employees
GROUP BY department;

查询结果如下：

{
  "Engineering": ["David", "Eve"],
  "Marketing": ["Charlie"],
  "Sales": ["Alice", "Bob", "Alice"]
}

4. 应用场景

JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 在以下场景中非常有用：

• 构建 API 响应： 将数据库查询结果直接转换为 JSON 格式，作为 API 响应返回。
• 数据分析和报表： 将数据聚合为 JSON 格式，用于数据分析和生成报表。
• 配置管理： 将配置信息存储在数据库中，并使用 JSON 聚合函数将其转换为 JSON 格式，用于应用程序配置。
• 数据迁移： 将数据从一个数据库迁移到另一个数据库，并使用 JSON 聚合函数将其转换为 JSON 格式，方便数据传输和导入。

5. 性能考虑

虽然 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 提供了方便的 JSON 构造功能，但在处理大量数据时，需要注意性能问题。

• 索引： 确保查询中使用的列已经建立了索引，以提高查询性能。
• 数据量： 避免在单个查询中聚合大量数据。 如果数据量太大，可以考虑分批处理或使用其他优化技术。
• 数据类型： 尽量使用简单的数据类型，例如整数和字符串，以减少 JSON 构造的开销。
• 避免不必要的计算： 在 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 函数中使用简单的表达式，避免不必要的计算，以提高性能。

6. 实际案例分析

假设我们有一个 orders 表，包含订单信息，以及一个 order_items 表，包含订单的商品信息：

CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    customer_id INT NOT NULL,
    order_date DATE NOT NULL
);

CREATE TABLE order_items (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    order_id INT NOT NULL,
    product_name VARCHAR(255) NOT NULL,
    quantity INT NOT NULL,
    price DECIMAL(10, 2) NOT NULL
);

INSERT INTO orders (customer_id, order_date) VALUES
(1, '2023-01-01'),
(2, '2023-01-02'),
(1, '2023-01-03');

INSERT INTO order_items (order_id, product_name, quantity, price) VALUES
(1, 'Product A', 2, 10.00),
(1, 'Product B', 1, 20.00),
(2, 'Product C', 3, 15.00),
(3, 'Product A', 1, 10.00),
(3, 'Product D', 2, 25.00);

现在，我们想要获取每个订单的详细信息，包括订单的客户 ID、订单日期和订单的商品列表。 可以使用以下查询：

SELECT
    o.id AS order_id,
    o.customer_id,
    o.order_date,
    JSON_ARRAYAGG(
        JSON_OBJECT(
            'product_name', oi.product_name,
            'quantity', oi.quantity,
            'price', oi.price
        )
    ) AS order_items
FROM
    orders o
JOIN
    order_items oi ON o.id = oi.order_id
GROUP BY
    o.id, o.customer_id, o.order_date;

查询结果如下：

[
    {
        "order_id": 1,
        "customer_id": 1,
        "order_date": "2023-01-01",
        "order_items": [
            {
                "product_name": "Product A",
                "quantity": 2,
                "price": 10.00
            },
            {
                "product_name": "Product B",
                "quantity": 1,
                "price": 20.00
            }
        ]
    },
    {
        "order_id": 2,
        "customer_id": 2,
        "order_date": "2023-01-02",
        "order_items": [
            {
                "product_name": "Product C",
                "quantity": 3,
                "price": 15.00
            }
        ]
    },
    {
        "order_id": 3,
        "customer_id": 1,
        "order_date": "2023-01-03",
        "order_items": [
            {
                "product_name": "Product A",
                "quantity": 1,
                "price": 10.00
            },
            {
                "product_name": "Product D",
                "quantity": 2,
                "price": 25.00
            }
        ]
    }
]

这个查询使用了 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECT 函数，将订单信息和商品信息聚合为一个 JSON 数组，每个元素包含订单的 ID、客户 ID、订单日期和商品列表。

7. 与其他数据库的比较

其他数据库系统，例如 PostgreSQL 和 MongoDB，也提供了类似的 JSON 聚合功能。

• PostgreSQL： 提供了 json_agg 和 json_object_agg 函数，与 MySQL 的 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 功能类似。
• MongoDB： 是一个文档数据库，本身就以 JSON 格式存储数据，因此不需要额外的 JSON 聚合函数。 可以使用聚合管道来处理数据聚合和格式化。

特性	MySQL 8.0	PostgreSQL	MongoDB
JSON 聚合函数	JSON_ARRAYAGG, JSON_OBJECTAGG	json_agg, json_object_agg	聚合管道
数据存储格式	关系型数据，可以使用 JSON 数据类型存储 JSON	关系型数据，可以使用 JSON 数据类型存储 JSON	文档数据库，以 JSON 格式存储数据
适用场景	需要将关系型数据转换为 JSON 格式的应用	需要将关系型数据转换为 JSON 格式的应用	需要存储和处理 JSON 数据的应用

8. JSON 聚合函数使用的总结

JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 是 MySQL 8.0 引入的强大的 JSON 聚合函数，它们简化了将关系型数据转换为 JSON 格式的过程，提高了性能，并简化了应用程序的代码。 通过学习和掌握这两个函数，可以更有效地处理复杂的数据结构和 API 交互，并构建更强大的应用程序。

9. 使用建议和注意事项

• 确保理解 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG 的行为，特别是关于 NULL 值和重复键的处理。
• 针对大数据量场景进行性能测试和优化，合理使用索引和避免不必要的计算。
• 考虑数据安全和隐私，避免在 JSON 结构中暴露敏感信息。
• 结合实际应用场景，灵活运用 JSON_ARRAYAGG 和 JSON_OBJECTAGG，构建更复杂的 JSON 结构。