MySQL高级函数之：`JSON_VALID()`：其在校验`JSON`文档有效性时的应用。

MySQL 高级函数之 JSON_VALID()：JSON 文档校验实战

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 中的一个非常实用的高级函数：JSON_VALID()。在现代应用开发中，JSON 已经成为一种非常流行的数据交换格式。MySQL 从 5.7 版本开始原生支持 JSON 数据类型，并提供了一系列用于处理 JSON 数据的函数。JSON_VALID() 就是其中一个，它用于检验给定的字符串是否是一个有效的 JSON 文档。

1. JSON_VALID() 函数的基本用法

JSON_VALID() 函数接受一个字符串作为参数，如果该字符串是一个有效的 JSON 文档，则返回 1；否则，返回 0。

SELECT JSON_VALID('{"name": "Alice", "age": 30}');  -- 返回 1
SELECT JSON_VALID('{"name": "Alice", "age": 30');   -- 返回 0 (缺少闭合大括号)
SELECT JSON_VALID('[1, 2, 3]');                      -- 返回 1
SELECT JSON_VALID('not a json');                      -- 返回 0
SELECT JSON_VALID(NULL);                             -- 返回 NULL

需要注意的是，如果输入为 NULL，JSON_VALID() 函数会返回 NULL。

2. JSON_VALID() 的底层校验逻辑

JSON_VALID() 的校验逻辑遵循标准的 JSON 语法规则，包括但不限于：

• 基本结构： JSON 文档必须是一个对象（以 {} 包裹）或一个数组（以 [] 包裹）。
• 键值对： 对象中必须是键值对形式，键必须是字符串，值可以是字符串、数字、布尔值、null、对象或数组。
• 数据类型： JSON 支持的数据类型包括字符串、数字、布尔值、null、对象和数组。
• 语法正确性： 包括引号的配对、逗号的使用、括号的闭合等。

例如，以下是一些无效的 JSON 字符串及其原因：

JSON 字符串	原因
{"name": "Alice", age: 30}	age 键的值缺少引号，应为 "age": 30
[1, 2, 3,]	数组中最后一个元素后面不应有逗号
{"name": Alice}	Alice 值缺少引号，应为 "name": "Alice"
{name: "Alice"}	键 name 缺少引号，应为 "name": "Alice"
{"name": "Alice",}	对象中最后一个键值对后面不应有逗号

3. 在实际场景中使用 JSON_VALID()

JSON_VALID() 函数在很多场景下都非常有用，尤其是在处理 JSON 数据时。

3.1 数据验证

在将 JSON 数据插入到数据库之前，可以使用 JSON_VALID() 函数来验证数据的有效性，防止脏数据进入数据库。

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    user_info JSON
);

-- 插入有效 JSON 数据
INSERT INTO users (user_info) VALUES ('{"name": "Bob", "age": 25}');

-- 插入无效 JSON 数据 (使用 JSON_VALID() 检查)
INSERT INTO users (user_info)
SELECT '{"name": "Charlie", age: 28}'
WHERE JSON_VALID('{"name": "Charlie", age: 28}');

-- 查看数据
SELECT * FROM users;

上面的例子中，第二个 INSERT 语句尝试插入一个无效的 JSON 字符串，由于 JSON_VALID() 返回 0，WHERE 子句不满足，因此数据不会被插入。

更严谨的做法是，可以创建一个存储过程或触发器来自动验证 JSON 数据的有效性。

DELIMITER //

CREATE TRIGGER before_insert_users
BEFORE INSERT ON users
FOR EACH ROW
BEGIN
    IF NOT JSON_VALID(NEW.user_info) THEN
        SIGNAL SQLSTATE '45000' SET MESSAGE_TEXT = 'Invalid JSON data';
    END IF;
END//

DELIMITER ;

-- 再次尝试插入无效 JSON 数据
INSERT INTO users (user_info) VALUES ('{"name": "David", age: 32}');

这个触发器会在每次插入数据之前检查 user_info 列的 JSON 数据的有效性，如果无效，则会抛出一个错误，阻止数据的插入。

3.2 数据清洗

有时，数据库中可能已经存在一些无效的 JSON 数据。可以使用 JSON_VALID() 函数来识别并清洗这些数据。

-- 查找无效的 JSON 数据
SELECT id, user_info
FROM users
WHERE NOT JSON_VALID(user_info);

-- 更新无效的 JSON 数据 (例如，将其设置为 NULL)
UPDATE users
SET user_info = NULL
WHERE NOT JSON_VALID(user_info);

上述代码首先查找 users 表中 user_info 列中无效的 JSON 数据，然后将这些数据更新为 NULL。 当然，也可以将这些数据更新为其他默认值或进行更复杂的修复操作。

3.3 查询条件

在 WHERE 子句中，JSON_VALID() 可以用来筛选出包含有效 JSON 数据的记录。

-- 查询 user_info 列包含有效 JSON 数据的记录
SELECT id, user_info
FROM users
WHERE JSON_VALID(user_info);

3.4 与其他 JSON 函数结合使用

JSON_VALID() 可以与其他 JSON 函数结合使用，以实现更复杂的功能。例如，可以使用 JSON_EXTRACT() 函数从有效的 JSON 数据中提取特定字段的值。

-- 查询 user_info 列包含有效 JSON 数据，并且 name 字段为 "Alice" 的记录
SELECT id, user_info
FROM users
WHERE JSON_VALID(user_info) AND JSON_EXTRACT(user_info, '$.name') = '"Alice"';

在这个例子中，首先使用 JSON_VALID() 确保 user_info 列包含有效的 JSON 数据，然后使用 JSON_EXTRACT() 函数提取 name 字段的值，并与 "Alice" 进行比较。注意，提取出来的字符串需要用双引号包围。

4. JSON_VALID() 的性能考虑

JSON_VALID() 函数的性能取决于 JSON 字符串的复杂度和长度。对于简单的 JSON 字符串，其性能开销通常可以忽略不计。但是，对于非常复杂或很长的 JSON 字符串，JSON_VALID() 的性能可能会成为一个瓶颈。

以下是一些优化 JSON_VALID() 性能的建议：

• 避免在大型数据集上频繁使用 JSON_VALID()： 如果需要在大型数据集上频繁使用 JSON_VALID()，可以考虑将 JSON 数据预处理，并将验证结果存储在一个额外的列中，以避免重复验证。
• 优化 JSON 字符串的结构： 尽量保持 JSON 字符串的结构简单，避免不必要的嵌套和冗余数据。
• 使用适当的索引： 如果经常需要根据 JSON 数据的有效性进行查询，可以考虑在相关的列上创建索引。但需要注意的是，索引对于 JSON 类型的支持可能有限，需要根据具体的 MySQL 版本和存储引擎进行测试和评估。
• 考虑使用其他验证方法： 如果性能是关键因素，可以考虑使用其他更高效的 JSON 验证方法，例如在应用程序层进行验证，或者使用 специализирован 的 JSON 校验库。

5. JSON_VALID() 与 JSON Schema 验证

虽然 JSON_VALID() 可以用来验证 JSON 数据的基本有效性，但它无法验证 JSON 数据是否符合特定的模式（Schema）。JSON Schema 是一种用于描述 JSON 数据结构的规范，可以用来定义 JSON 数据中必须包含的字段、字段的类型、字段的取值范围等。

MySQL 本身并没有提供直接支持 JSON Schema 验证的函数。但是，可以通过以下方法来实现 JSON Schema 验证：

• 在应用程序层进行验证： 可以使用各种编程语言的 JSON Schema 验证库，例如 Python 的 jsonschema，Java 的 everit-org/json-schema 等。在将 JSON 数据插入数据库之前，先在应用程序层进行验证，确保数据符合 JSON Schema。
• 使用存储过程和自定义函数： 可以编写 MySQL 存储过程和自定义函数，结合正则表达式和其他字符串处理函数，来实现 JSON Schema 验证。这种方法比较复杂，但可以实现更灵活的验证逻辑。
• 使用第三方插件或扩展： 一些第三方插件或扩展提供了在 MySQL 中进行 JSON Schema 验证的功能。例如，可以研究是否有一些用户定义的函数(UDF)能完成此类工作。

示例：使用 Python 的 jsonschema 库进行验证

import json
from jsonschema import validate, ValidationError

# JSON Schema
schema = {
    "type": "object",
    "properties": {
        "name": {"type": "string"},
        "age": {"type": "integer", "minimum": 0},
    },
    "required": ["name", "age"],
}

# JSON 数据
data = {"name": "Eve", "age": 22}

# 验证 JSON 数据是否符合 Schema
try:
    validate(instance=data, schema=schema)
    print("JSON data is valid")
except ValidationError as e:
    print("JSON data is invalid:", e)

这个例子展示了如何使用 Python 的 jsonschema 库来验证 JSON 数据是否符合定义的 Schema。

6. JSON_VALID() 使用中的一些注意事项

• 空字符串： JSON_VALID('') 返回 0，因为空字符串不是一个有效的 JSON 文档。
• JSON 文本中的空格： JSON 文本中的空格会被忽略，例如 JSON_VALID(' { "name" : "Alice" } ') 返回 1。
• 转义字符： JSON 字符串中的特殊字符需要进行转义，例如 JSON_VALID('{"message": "Hello, world!"}')。
• 大小写敏感性： JSON 键名是大小写敏感的，例如 JSON_VALID('{"Name": "Alice", "name": "Bob"}') 中，Name 和 name 是不同的键。

7. JSON_VALID() 和严格模式

MySQL 的严格模式（Strict Mode）会影响 JSON_VALID() 函数的行为。在严格模式下，如果 JSON_VALID() 函数的输入不是一个有效的 JSON 字符串，MySQL 会抛出一个错误。

可以通过以下方式启用或禁用严格模式：

-- 启用严格模式
SET sql_mode = 'STRICT_TRANS_TABLES,NO_ZERO_IN_DATE,NO_ZERO_DATE,ERROR_FOR_DIVISION_BY_ZERO,NO_ENGINE_SUBSTITUTION';

-- 禁用严格模式
SET sql_mode = '';

在实际应用中，建议启用严格模式，以确保数据的完整性和一致性。

8. JSON_VALID() 的未来发展

随着 JSON 数据的广泛应用，MySQL 可能会在未来版本中提供更强大的 JSON 处理功能，例如：

• 原生支持 JSON Schema 验证： 提供内置的函数或语法，用于验证 JSON 数据是否符合特定的 Schema。
• 更高效的 JSON 索引： 优化 JSON 数据的索引机制，提高查询性能。
• 更丰富的 JSON 函数： 提供更多的 JSON 函数，用于处理和操作 JSON 数据。

9. JSON 有效性校验的重要性

JSON_VALID() 函数是 MySQL 中一个非常有用的工具，可以帮助你验证 JSON 数据的有效性，防止脏数据进入数据库，提高数据的质量和可靠性。在处理 JSON 数据时，务必充分利用 JSON_VALID() 函数，并结合其他 JSON 函数，以实现更复杂的功能。

10. JSON_VALID() 使用小结

JSON_VALID() 函数是验证 JSON 数据有效性的重要工具，它通过底层校验逻辑保证数据质量。结合实际场景，我们可以利用它进行数据验证、清洗和查询，并与其他 JSON 函数配合使用。