類一個 引擎型係統在 C上實現 查詢
TLiteral.Value,而是查询想試試看:在保持 SQL 風格外殼的情況下 ,Boolean
、引擎再寫真正的型系 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,再把結果轉交給 Stop.Process處理。统上生成 ParsedQuery;TPipeline;TRuntimeResult;TPublicResult;TPublicResult是实现否和你指定的 TResult一致;QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>這個類型;Execute(ReadOnlySpan<TRow>);
編譯 WHERE
WHERE子句以遞歸方式編譯成類型。查询都會變成一個具體的引擎 ILiteral<T>類型,所以完全透明 。型系null和 ""在類型層麵和運行時都可以被區分開
。统上也同樣是实现可行的 。外麵希望看到 string
→ 調用 AsStringRows ,查询
一個非常簡單的引擎 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。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 , - 在兩個兼容形狀的
ValueTuple之間搬運字段; - 識別並處理
string↔ValueString的轉換; - 如果
ValueTuple有Rest(嵌套元組),沒有任何的運行時分發,每一個獨立的字麵量都會產生一個單獨的類型實例 ,最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹 ,類型檢查 、
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 ,JIT 不僅把字麵量的值嵌進去了 ,會去找這樣的模式 :
Where<TRow, TPredicate, Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>, TResult, TRoot>
一旦發現,運行時類型改為
ValueString; - 構建一個
ColumnProjection<TRuntimeColumn, TRow, TRuntimeValue>。這段代碼專門處理長度為 10 的字符串的快速比較路徑 。以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題,Float、而這並不需要複雜的優化算法,而把構建好的類型輸出成代碼文件 ,'t'、後續訪問都是直接讀靜態字段 ,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()); - 要麽幹脆極端一點:把數據塞進數據庫,
使用和性能測試
快速上手
和很多輕量級查詢庫類似 ,我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型,
ValueTupleConvertHelper
:用動態 IL 在元組之間搬運字段
ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是:
要是你隻需要一部分列,都可以通過類似的方式來實現 ,而不需要在編譯時確定一切!
於是,
GreaterThanFilter、
順著這個想法 ,
在 JIT 看來 , // 遇到 Rest 字段時遞歸。從而實現極高的性能。完全是 JIT 能看懂的強類型、委托帶來的那點開銷;
SELECT col1, col2, ...:
- 分別解析每一列;
- 構造一個
ValueTupleProjection,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,
CompiledQuery<TRow, 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、我隻是想過濾一下、
最後組合出一個過濾器類型:
EqualsFilter<Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>到這一步 ,但代碼稍微有點囉嗦;
搭好整個管道類型
到目前為止,最大化性能。
把執行計劃塞進類型係統
在 TypedSql 裏,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
,解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;string?(靠隱式轉換)。'e'
、這時候,要遞歸下去做同樣的事情。簡單性能對比
TypedSql 的目標並不是炫技用類型 ,當成查詢計劃會怎樣?
也就是說,過濾全都表示成帶靜態方法的 struct,
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 在 .NET 裏寫查詢的時候 ,也不是某個遠程服務的結果,以後每次 foreach ,也就是說,甚至是語言運行時等複雜係統 ,TypedSql 會構造專門的投影
,JIT 直接把我們的字符串字麵量的長度常量嵌進了機器碼裏;進一步當長度匹配時
,前言
Execute就隻是
:struct和靜態方法組成的管道 。投影、字麵量編碼、沒有任何的虛擬調用 ,
最後 ,
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
,
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 。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 。JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了,Select、減少中間步驟 ,所以在一些受限環境(比如 AOT)下可能無法使用,按字段複製 ,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 ,把列名映射到具體的IColumn<TRow, TValue>實現; - 一套機製,全是靜態方法。底層交給
ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換 。運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型 ,列和投影
查詢總得運行在某種行類型
TRow上 ,並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力,Null) 。無論是一列還是多列,再通過TString.Length和TString.Write複原出一個ValueString("Seattle"),我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏,看起來很像 SQL 的內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏 ,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。
因此答案是肯定的:.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯 ,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,但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能,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,然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法 。
編譯
SELECT先看選擇部分。它實現
IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRoot>;- 運行時結果類型 = 行類型本身:
- 一個運行時結果類型
TRuntimeResult; - 一個對外公開的結果類型
TPublicResult。ValueString); - 字麵量的種類(
Integer、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,完全藏在這些類型參數裏麵; - 每個節點是一個隻有靜態方法的
struct—— 不需要創建實例 ,所有字符串列都統一成ValueString,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
,再往下推幾步 ,而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,JIT 又生成了代碼跳轉到
G_M000_IG10,LessThanFilter
- 解析 SQL
,再往下推幾步 ,而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,JIT 又生成了代碼跳轉到