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PostgreSQL中json数据类型详解

2023-05-31 12:01未知服务器之家 数据库技术

前言 JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式。它基于 ECMAScript(European Computer Manufacturers Association, 欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集,采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁和清晰

前言

        JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式。它基于 ECMAScript(European Computer Manufacturers Association, 欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集,采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁和清晰的层次结构使得 JSON 成为理想的数据交换语言。 易于人阅读和编写,同时也易于机器解析和生成,并有效地提升网络传输效率。其实JSON作为一种数据规范和标准,在用于接口交换,系统配置,数据存储方面拥有得天独厚的一席之地。

       在存储技术已经高速发达的今天,对于json数据的存储和使用,有多重方式。比如在缓存界的一哥Redis,文档数据库的佼佼者Mongodb等等。上述两者的基础数据结构也是JSON,基于json丰富的开发接口和支持。

      随着技术和业务的发展,除了上述两者之外,许多传统的关系型数据库,如MySQL、PostgreSQL(以下简称PG)等等都开始支持json数据的存储和高效查询。在不增加额外的技术栈学习成本之下,基于统一的数据库库知识来满足日常的业务需求,也是一种合理的技术选型(满足了日常业务即可)。本文重点讲述在PG中关于json类型的介绍,json和jsonb的区别,json和jsonb的基本操作、输出区别、包含测试等内容,让各位对json类型有一个基本直观的认识。理解最基础的数据库操作。

一、PG数据库中JSON的类型

       json数据也可以被存储为text,但是 与text数据类型相比,JSON 数据类型的优势在于能强制要求每个被存储的值符合 JSON 规则。也有很多 JSON 相关的函 数和操作符可以用于存储在这些数据类型中的数据。基于text类型的数据,无法直接利用数据库的查询技术来提高查询效率。而且需要在应用程序中进行相关的转换。众所周知,PostgreSQL 提供存储JSON数据的两种类型:json 和 jsonb。

1、json和jsonb的区别

       json 和 jsonb数据类型接受几乎完全相同的值集合作为输入。 主要的实际区别之一是效率。json数据类型存储输入文本的精准拷贝,处理函数必须在每 次执行时必须重新解析该数据。而jsonb数据被存储在一种分解好的 二进制格式中,它在输入时要稍慢一些,因为需要做附加的转换。但是 jsonb在处理时要快很多,因为不需要解析。jsonb也支 持索引,这也是一个令人瞩目的优势(言外之意,json类型对索引程度不是特别友好)。

       由于json类型存储的是输入文本的准确拷贝,其中可能会保留在语法 上不明显的、存在于记号之间的空格,还有 JSON 对象内部的键的顺序。还有, 如果一个值中的 JSON 对象包含同一个键超过一次,所有的键/值对都会被保留( 处理函数会把最后的值当作有效值)。相反,jsonb不保留空格、不 保留对象键的顺序并且不保留重复的对象键。如果在输入中指定了重复的键,只有 最后一个值会被保留。

2、项目开发中的选择

        从数据插入更新处理速度上,json>jsonb。在数据查询性能上jsonb>json。在数据的整体空间占用上,json>jsonb。

        因此,通常在一般的技术开发过程中,除非有特别特殊的需要(历史遗留问题等),大多数应用应该 更愿意把 JSON 数据存储为jsonb(通过json函数和函数索引的加持下,jsonb的查询能力得到了大大的增强)。

3、json数据类型

        在pg中的json数据类型可以分为:String,Number,boolean,Null。下面给出一个表格,是关于json的基本数据类型和pg数据类型的一个对比和对照。

JSON类型 PG数据类型 说明
String text 不允许\u0000,如果数据库编码不是 UTF8,非 ASCII Unicode 转义也是这样
Number Number 不允许NaNinfinity
Boolean boolean 只接受小写truefalse拼写
NULL SQL NULL是一个不同的概念

        这里关于编码有一个需要解释的地方,就是Unicode的转义问题。这里涉及到数据库在创建的时候是不是使用utf-8的编码存储。在json类型的输入函数中,不管数据库 编码如何都允许 Unicode 转义,并且只检查语法正确性(即,跟在\u 后面的四个十六进制位)。但是,jsonb的输入函数更加严格:它不允 许非 ASCII 字符的 Unicode 转义(高于U+007F的那些),除非数据 库编码是 UTF8。jsonb类型也拒绝\u0000(因为 PostgreSQL的text类型无法表示 它),并且它坚持使用 Unicode 代理对来标记位于 Unicode 基本多语言平面之外 的字符是正确的。合法的 Unicode 转义会被转换成等价的 ASCII 或 UTF8 字符进 行存储,这包括把代理对折叠成一个单一字符。在把文本 JSON 输入转换成jsonb时,RFC 7159描述 的基本类型会被有效地映射到原生的 PostgreSQL类型(如 上表描述)。因此,在合法 jsonb数据的组成上有一些次要额外约束,它们不适合 json类型和抽象意义上的 JSON,这些约束对应于有关哪些东西不 能被底层数据类型表示的限制。尤其是,jsonb将拒绝位于 PostgreSQL numeric数据类型范 围之外的数字,而json则不会。不过,实际上这类问题更可能发生在其他实 现中,因为把 JSON 的number基本类型表示为 IEEE 754 双精度浮点 是很常见的(这也是RFC 7159 明确期待和允许的)。当在这类系 统间使用 JSON 作为一种交换格式时,应该考虑丢失数字精度的风险。

二、PG中json的简单操作

1、基础json数据操作

-- 简单标量/基本值
-- 基本值可以是数字、带引号的字符串、true、false或者null
SELECT '5'::json;
 
-- 有零个或者更多元素的数组(元素不需要为同一类型)
SELECT '[1, 2, "foo", null]'::json;
 
-- 包含键值对的对象
-- 注意对象键必须总是带引号的字符串
SELECT '{"name": "张三", "age": 39, "active": false,"sex":"男"}'::json;
 
-- 数组和对象可以被任意嵌套
SELECT '{"foo": [true, "bar"], "tags": {"a": 1, "b": null}}'::json;

2、json和jsonb输出对比

SELECT '{"bar": "baz", "balance": 7.77, "active":false}'::json;
                      json                       
-------------------------------------------------
 {"bar": "baz", "balance": 7.77, "active":false}
(1 row)
 
SELECT '{"bar": "baz", "balance": 7.77, "active":false}'::jsonb;
                      jsonb                       
--------------------------------------------------
 {"bar": "baz", "active": false, "balance": 7.77}
(1 row)

        通过这里输出可以看到,将目标对象作为json输出时,输出结果和输入基本保持一致。 对于第二条语句而言,内容上似乎没有什么太大的变化,但是输出结果的顺序与第一条有明显的区别。

再来看一组有意思的输出,依然是关于jsonb和json的number结果的展示。

SELECT '{"reading": 1.230e-5}'::json, '{"reading": 1.230e-5}'::jsonb;
         json          |          jsonb          
-----------------------+-------------------------
 {"reading": 1.230e-5} | {"reading": 0.00001230}
(1 row)

        很明显的区别是jsonb被数据库的执行引擎给优化了,展示结果与json也不同。

3、jsonb包含测试

        在很多的场景中,我们会使用API对两个json进行是否包含的判断,因为在json类型中,使用包含判断也是比较耗费时间的,在pg数据库中,天然提供了数据库层的包含函数,以此来提高查询匹配能力。在jsonb的查询中,使用@>进行包含的查询操作。

-- 右边具有一个单一键值对的对象被包含在左边的对象中:
SELECT '{"product": "PostgreSQL", "version": 9.4, "jsonb": true}'::jsonb @> '{"version": 9.4}'::jsonb;
 
-- 右边的数组不会被认为包含在左边的数组中,
-- 即使其中嵌入了一个相似的数组:
SELECT '[1, 2, [1, 3]]'::jsonb @> '[1, 3]'::jsonb;  -- 得到假
 
-- 但是如果同样也有嵌套,包含就成立:
SELECT '[1, 2, [1, 3]]'::jsonb @> '[[1, 3]]'::jsonb;
 
-- 类似的,这个例子也不会被认为是包含:
SELECT '{"foo": {"bar": "baz"}}'::jsonb @> '{"bar": "baz"}'::jsonb;  -- 得到假
 
-- 包含一个顶层键和一个空对象:
SELECT '{"foo": {"bar": "baz"}}'::jsonb @> '{"foo": {}}'::jsonb;

总结

以上就是本文的基本内容,本文首先介绍了通用的json相关知识,然后重点讲述在PG中关于json类型的介绍,json和jsonb的区别,最后以案例的形式详细说明json和jsonb的基本操作、输出区别、包含测试等内容,让各位对json类型有一个基本直观的认识,理解最基础的数据库操作。

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