sql标准对json的支持性研究

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SQL标准对JSON的支持性研究Research on the Support of SQL Standard for JSON中国电子技术标准化研究院 卫凤林 李 莹 张展新摘 要 介绍了SQL标准现状和JSON概念。重点对SQL标准支持JSON所采用的SQL/JSON数据模型、SQL/JSON功能和SQL/JSON路径语言等内容进行分析，并阐述了SQL标准支持JSON的重要意义。关键词 SQL标准 国际标准 JSONAbstract: Introduced the current situation of SQL standard and the concept of JSON. This paper focuses on the analysis of the data model of SQL/JSON, the function of SQL/JSON and the path language of SQL/JSON adopted by the SQL standard.And expounds the importance of the support of JSON by the SQL standard. Keywords: SQL standard; international standard; JavaScript Object Notation1 SQL标准  SQL标准即结构化查询语言标准，由国际标准化组织ISO/IEC JTC 1/SC 32/WG 3 数据库语言工作组负责制定。目前ISO发布和在研的SQL标准共有23项，由ISO/IEC 9075《信息技术 数据库语言SQL》、ISO/IEC 13249《信息技术 数据库语言SQL多媒体和应用包》和ISO/IEC TR 19705《信息技术 数据库语言SQL技术报告》三个系列标准构成。ISO/IEC 9075的未来版本，将增加支持大数据和高级分析法方面的内容。WG 3工作组也在考虑开展近似查询、BASE事务、SQL对流数据的支持和图数据等方面的工作。SQL标准最新版如表1所示。表1 SQL系列标准序号12345678910111213信息技术 数据库语言SQL系列标准名称标准编号ISO/IEC 9075-1:2016ISO/IEC 9075-2:2016ISO/IEC 9075-3:2016ISO/IEC 9075-4:2016ISO/IEC 9075-9:2016ISO/IEC 9075-10:2016ISO/IEC 9075-11:2016ISO/IEC 9075-13:2016ISO/IEC 9075-14:2016ISO/IEC FDIS 9075-15.2信息技术 数据ISO/IEC 13249-1:2016库语言SQL多媒ISO/IEC 13249-2:2003体和应用包ISO/IEC 13249-3:2016标准名称信息技术 数据库语言SQL 第1部分：框架信息技术 数据库语言SQL 第2部分：基础信息技术 数据库语言SQL 第3部分：调用层接口信息技术 数据库语言SQL 第4部分：持久存储模块信息技术 数据库语言SQL 第9部分：外部数据管理信息技术 数据库语言SQL 第10部分：对象语言绑定信息技术 数据库语言SQL 第11部分：信息和定义模式信息技术 数据库语言SQL 第13部分：使用Java程序设计语言的SQL例程和类型信息技术 数据库语言SQL 第14部分：与XML有关的规范信息技术 数据库语言SQL 第15部分：多维数组信息技术 数据库语言 SQL 多媒体和应用包第1部分：框架信息技术 数据库语言 SQL 多媒体和应用包第2部分：全文信息技术 数据库语言 SQL 多媒体和应用包第3部分：空间项目来源：国家重点研发计划课题“基于制造业大数据平台标准研究”，课题编号：2018YFF0213104。68

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续表1序号141516171819信息技术 数据20212223库语言SQL技术ISO/IEC TR 19075-4:2015报告ISO/IEC TR 19075-5:2016ISO/IEC TR 19075-6:2017ISO/IEC TR 19075-7:2017系列标准名称信息技术 数据库语言SQL多媒体和应用包标准编号ISO/IEC 13249-5:2003ISO/IEC 13249-6:2006ISO/IEC TS 13249-7:2013ISO/IEC TR 19075-1:2011ISO/IEC TR 19075-2:2015ISO/IEC TR 19075-3:2015态图像信息技术 数据库语言 SQL多媒体和应用包 第6部分：数据挖掘信息技术 数据库语言 SQL多媒体和应用包 第7部分：历史数据库语言 技术报告 第1部分：SQL中支持的XQuery规则表达式信息技术 数据库语言SQL技术报告 第2部分：SQL对实时信息的支持信息技术 数据库语言SQL技术报告 第3部分：使用JavaTM程序设计语言的嵌入式SQL信息技术 数据库语言SQL技术报告 第4部分：使用JavaTM程序设计语言的SQL例程和类型信息技术 数据库语言SQL技术报告 第5部分：SQL中的行模式识别信息技术 数据库语言SQL技术报告 第6部分：SQL对JSON的支持信息技术 数据库语言SQL技术报告 第7部分：SQL中的多态表函数标准名称信息技术 数据库语言 SQL 多媒体和应用包 第5部分：静2 JSONJSON是“JavaScript Object Notation”的缩写，既是一种标记，又是表示数据的一种隐含的模型。JSON不是一种面向对象的数据模型，它不定义类和方法，类型继承或数据抽象的集合。相反，JSON对象是一种简单的数据结构，包含数组。RFC7159中说JSON是一种序列化结构数据，它最初的用途是作为一种数据传输语法。2013年年底发布的ECMA标准规定了JSON的语法。ECMA和RFC7159在语法定义方面的差异非常小。JSON数据模型中的主要内容是对象和数组。JSON对象是用大括号{ }括起来的零个或多个名称-值对。名称-值对之间用逗号(，)隔开，名称和值之间用冒号(：)分开。名称通常是字符串，用(双)引号标记。值可以是字符串、数值、布尔值(由JSON常量true和false表示)和JSON的空值(NULL)。下面是一个JSON对象的例子：{ “Name” : “zhang san”,“Age” : 19,“Weight” : 120,“Phone” : 64102858 }JSON数组是用方括号[ ]括起来的零个或多个值的有序序列。下面是一个JSON数组的例子：[“zhang san”, 100, false, ”chaoyang road”]JSON数组和对象是完全嵌套的。也就是说，任何JSON值可以由“原子”值(字符串、数值、文字)，JSON对象或JSON数组构成。JSON有时也用来表示关联数组，元素为名称-值对。数组中名称作为“索引”来定位对象中的元素位置，值用来表示元素的内容。2019年第10期

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JSON本质是无模式，任何JSON对象能够通过增加新的名称-值对来修改。同样，任何JSON数组可以通过改变数组中的值的数量进行修改。以及非空的数字、字符串和时间类型上是完全重叠的。JSON、SQL/JSON、SQL之间的关系如图1所示。JSON、SQL/JSON和SQL之间的对比如表1所示。3 SQL/JSON数据模型SQL标准中用SQL/JSON表示支持JSON的数据模型，以区分数据库管理系统(DBMS)外使用的JSON。SQL/JSON由使用SQL引擎的数据模型构建，被SQL/JSON路径语言使用，可以概括为“项目序列”，类似于XQuery。用户进行查询时，需要配置参数进行传统的SQL查询，尤其是谓词。因此，需要将传统的SQL和SQL/JSON进行转换。所有的JSON均可解析成SQL/JSON，并不是所有的SQL/JSON可以序列化为JSON；SQL/JSON和SQL标准在布尔类型解析JSON：指对JSON进行解析是指将一些存储格式导入到SQL/JSON数据模型的过程。存储格式可以是以Unicode字符串存储的JSON文本，也可以是一些二进制格式如AVRO或BSON。SQL/JSON序列化：指从SQL/JSON数据模型导出一个值到一些存储格式。序列化的结果是一个依赖于实现的Unicode字符串。“SQL/JSON”和“SQL”关系图图1 “JSON”、“SQL/JSON”和“SQL”对比表表1  “JSON”、JSONJSON 数组JSON 对象JSON 成员JSON nullJSON trueJSON falseJSON numberJSON string---SQL/JSONSQL/JSON 数组SQL/JSON 对象SQL/JSON 成员SQL/JSON nullTrueFalsenumberCharacter stringdatetimeSQL/JSON 项SQL/JSON 序列SQL标准(ISO/IEC 9075)---nullTrueFalsenon-null numberNon-null character stringnon-null datetime--4 SQL/JSON功能在SQL标准9075-14中，对XML数据的操作通常采用内置函数的方式。SQL标准9075-2采用相同的方式处理JSON数据，并将处理JSON的功能命名为“SQL/JSON功能”。SQL/JSON功能由构造函数和查询函数实现。产生JSON值。构造函数包含4个函数：JSON_OBJECT、JSON_OBJECTAGG、 JSON_ARRAY和JSON_ARRAYAGG，函数返回值为JSON值(对象或数组)。(1) JSON_OBJECT：SQL应用程序在处理JSON数据时，无论是应用程序本身使用JSON数据，还是将JSON数据存储在SQL数据库中，还是将数据返回到应用程序本身，都需要构造新的JSON对象。JSON_OBJECT函4.1 构造函数构造函数是对SQL类型值通过使用SQL聚类70

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数能够利用确定的名称/值对构建JSON对象，这些名称/值对必须是SQL标识符。JSON_OBJECT有些类似9075-14中定义的XMLELEMENT，它通常用于中。下面是使用JSON_OBJECT的示例：SELECTJSON_OBJECT( 'deptno' : d.deptno, 'deptname' : d.deptname )FROM depts AS d此查询为每个部门返回一行记录， 每行只包含一列，该列由具有部门编号和名称的JSON对象序列构成。返回的JSON对象在第一行的记录展示如下：(unnamed) [VARCHAR(id)]{ \"deptno\" : 314,\"deptname\" : \"Engineering\" }注：id表示实现定义的长度函数JSON_ARRAY函数提供了这样的能力。JSON_ARRAY函数的语法和语义与JSON_OBJECT非常类似，不过返回结果是一个JSON数组，而不是一个JSON对象。JSON_ARRAY函数构造一个JSON数组，其中，每一个元素从包含SQL查询的行中选择。不像JSON_OBJECT，JSON_ARRAY有2个变量：一个变量是从显示的值列表中产生结果，不是名称/值对——这个值是SQL值(包括子查询的文本或计算值)；另一个变量是从函数调用SQL查询表达式的结果中产生结果。下面的使用JSON_ARRAY进行查询的示例：SELECTJSON_ARRAY ( 'deptno', d.deptno, 'deptname', d.deptname )FROM depts AS d此查询为每个部门返回一行记录， 每行只包含一列，该列由具有部门编号和名称的JSON数组序列构成。返回的JSON数组在第一行的记录展示如下：[ \"deptno\(4) JSON_ARRAYAGG：正如SQL应用程序需要构造一个JSON对象作为SQL数据的聚合一样，也可能需要构造一个JSON数组作为聚合。JSON_ARRAYAGG函数以ISO9075-14中的XMLAGG为基础设计。举例如下：SELECT JSON_ARRAYAGG ( j.job_attval RETURNING CLOB(8K) ) AS attributesFROM jobs AS j查询结果为一行一列，展示如下：[ \"155566\web site\\"129596\(2) JSON_OBJECTAGG：通常,通过指定名称/值对中的名称来构造一个JSON对象 是不恰当或不可能的，因为无法事先知道名称。然而，应用程序员希望构建一个JSON对象作为一个SQL表的信息聚合。假定SQL表包含一个列名为JSON名，另一列名为相对应的值，JSON_OBJECTAGG(“对象聚合”)函数可以执行此功能。下面示例将创建一个包含名称/值对序列的JSON对象。其中，名称表示部门名称，值表示部门编号：SELECT JSON_OBJECTAGG ( dept_name, dept_no )FROM depts.查询结果为一个包含一行一列的一个表，表的内容为JSON对象序列，如下：{ \"Engineering\" : 314, \"Architecture\" : 113, \"Accounting\" : 12,\"Sales\" : 7, \"Executives\" : 13 }(3) JSON_ARRAY：正如应用开发人员希望从显示数据列表构造一个JSON对象一样，应用开发人员也可能希望从类似的数据列表构造一个JSON数组。SQL提供的内置4.2 查询函数查询功能是使用SQL/JSON路径语言表达JSON值，产生SQL类型的值。查询功能包含4个函数JSON_VALUE、 JSON_TABLE、JSON_EXISTS和JSON_QUERY。(下转第75页)2019年第10期

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国际提案

[3] ISO/TC/268/SC1/WG2. ISO 37154 Smart community infrastructures-Best practice guidelines for transportation[S]. Geneva: International Organization for Standardization, 2017.[4] ISO/TC268/WG2.ISO 37120 Sustainable development of communities-Indicators for city services and quality of life[S]. Geneva:International Organization for Standardization, 2018.[5] ISO/TC268/WG2.ISO 37122 Sustainable Development in Communities- Indicators for Smart Cities[S]. Geneva:International Organization for Standardization, 2019.[6] ITU-T. ITU-T Y.4456. Requirements and functional architecture for smart parking lots in smart cities[S]. International Telecommunication Union, 2018. [7] Peng G, Cao Z, Cao Y. The application and practice of decentralization and offline authentication technology[J]. Intelligent Building & Smart City, 2017, 250; 69-72.    (收稿日期：2019-05-24)(上接第71页)(1) JSON_VALUE：用户可以通过此函数从JSON值提取出SQL标量值，此函数默认返回一个实现自定义的字符串类型，用户也可以使用RETURNING子句指定返回的类型。(2) JSON_TABLE：此函数以JSON数据作为输入，生成关系型数据成为有效输入。(3) JSON_EXISTS：次函数用于确定JSON值是否满足搜索条件。(4) JSON_QUERY：此函数用于从SQL/JSON值中提取SQL/JSON值。越来越多的环境中同时使用JSON和XML两种数据。应用程序要求能够同时访问和处理这两类数据。SQL标准支持JSON后，单一的数据库管理系统(DMMS)将能够同时处理所有这两类数据，将会降低管理成本，提高安全性和事务管理，能更好地优SQL/JSON路径语言是被特定SQL操作符(JSON_VALUE,JSON_QUERY, JSON_TABLE 和 JSON_EXISTS，统称为SQL/JSON查询操作符)使用的一种查询JSON文本的查询语言。严格来说，SQL/JSON路径语言不是SQL语言，虽然它嵌入在SQL化性能、配置资源，提高开发人员的生产力。 (收稿件日期：2019-03-11)操作符中。关于语法和句法，SQL/JSON路径语言采用[ECMAscript]的一些特征，但它不是[ECMAscript]的子集或超集。SQL/JSON路径语言设计思想为：使用简单、语言类JavaScript、语义同SQL、适应Mongo。6 SQL标准支持JSON的意义5 SQL/JSON路径语言2019年第10期

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