可编程的SQL是什么样的？-InfoQ

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 写点什么

如果你使用传统编程语言，比如 Python，那么恭喜你，你可能需要解决大部分你不需要解决的问题，用 Python 就相当于拿到了零部件，而不是一辆能跑的汽车。你花了大量时间去组装汽车，而不是操控汽车去抵达自己的目的地。

大部分非计算机专业的同学要解决的核心问题是数据操作问题，无论你是摆地摊、开餐馆，又或者在办公室做个小职员，在政府机构做工作，你都需要基本的数据处理能力，这本质上是信息处理能力。但是在操作数据前，你必须要学习诸如变量，函数，线程，分布式等等各种仅仅和语言自身相关的特性，这就变得很没有必要了。操作数据我们也可以使用 Excel（以及类似的软件），但是 Excel 有 Excel 的限制，譬如各种鼠标“点点点”的操作，还是有点低效的，有很多较为复杂的逻辑也不太好执行，数据规模也有限。那么，什么样的交互最快，以及可扩展性最好？答案是语言，你和计算机系统约定好的一个语言。有了语言交流，总是比各种“点点点”的操作更高效。那这个语言是啥呢？就是 SQL。

但是 SQL 也有些毛病，首先它最早是为了关系型数据库而设计的，适合查询而非 ETL，但是现在人们慢慢把它扩展到 ETL、流式处理、甚至 AI 上，这就有点吃力了。第二个问题是，它是声明式的，导致缺乏可编程性。所谓可编程性是指，我们应该具备创建小型、可理解、可重用的逻辑片段，并且这些逻辑片段还要被测试、被命名、被组织成包，而这些包可以用来构造更多有用的逻辑片段，这样的工作流程才是合理又便捷的。更进一步地说，这些“高阶”能力应该是可选的，我们希望用户一开始就使用最简单的方式来完成手头的工作，而不是显摆一些高阶技巧。

所以最后的结论是，我们希望：

保留 SQL 的所有原有优势，简洁易懂，上手就可以干活。
允许用户进阶，提供更多可编程能力，但是以一种 SQL Style 的方式提供。

保留原有 SQL 精髓

我们仅仅对 SQL 做了丢丢调整，在每条 SQL 语句结尾增加了一个表名，也就是任何一条 SQL 语句的结果集都可以命名为一张新的表。

load hive.`raw.stripe_discounts` as discounts;load hive.`raw.stripe_invoice_items` as invoice_items;select        invoice_items.*,        case            when discounts.discount_type = 'percent'                then amount * (1.0 - discounts.discount_value::float / 100)            else amount - discounts.discount_value        end as discounted_amount
    from invoice_items
    left outer join discounts        on invoice_items.customer_id = discounts.customer_id        and invoice_items.invoice_date > discounts.discount_start        and (invoice_items.invoice_date < discounts.discount_end             or discounts.discount_end is null)as joined;

select
        id,        invoice_id,        customer_id,        coalesce(discounted_amount, amount) as discounted_amount,        currency,        description,        created_at,        deleted_at
    from joinedas final;
select * from final as output;

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大家看到，每条 SQL 的执行结果都被取名为一张新表，然后下一条 SQL 可以引用前面 SQL 产生的表，相比传统我们需要 insert 然后再读取，会简单很多，也更自然，速度更快。而且对于数据处理，我们也无需在一条 SQL 语句里写复杂的嵌套子查询和 Join 了，我们可以将 SQL 展开来书写，校本化，更加易于阅读和使用。

支持更多数据源

传统 SQL 是假定你在一个数据源中的，因为你只能按库表方式去使用，在普通 Web 开发里，是你配置的数据库。而在大数据里，一般是数据仓库或者数据湖。但是随着联邦查询越来越多，越来越普及，我们希望给 SQL 提供更多的加载和保存多种数据源的能力。我们通过提供 load 语句来完成。

load excel.`./example-data/excel/hello_world.xlsx` where header="true" as hello_world;

select hello from hello_world as output;

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在上面的示例可以看到，我们加载了一个 excel 文件，然后映射成一张表，之后可以用标准的 SQL 进行处理。如果要将结果保存到数仓也很简单:

save overwrite hello_word as hive.`tmp.excel_table`;

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变量

变量是一个编程语言里，一般你会接触到的第一个概念。我们也给 SQL 增加了这种能力。比如:

-- It takes effect since the declaration in the same cell.set world="world";

select "hello ${world}" as title as output;

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在可编程 SQL 中，变量支持多种类型，诸如 sql、shell、conf、defaultParam 等等去满足各种需求和场景。下面是一个典型的例子：

set date=`select date_sub(CAST(current_timestamp() as DATE), 1) as dt` where type="sql";

select "${date}" as dt as output;

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后面我们会有更多变量的介绍。

调用外部模块的代码

传统编程语言如 Java、Python，他们的生态都是靠第三方模块来提供的。第三方模块会被打包成诸如如 Jar 、pip 然后让其他项目引用。原生的 SQL 是很难复用的，所以没有形成类似的机制，更多的是随用随写。但是随着 SQL 能力的扩展，在流、在批、在机器学习上的应用越来越多，能写越来越复杂的逻辑，也慢慢有了更多的可复用诉求。

我们通过引入 include 关键字，可以引入本项目或者 github 上的 SQL 代码。https://github.com/allwefantasy/lib-core 是我们使用可编程 SQL 写的一个第三方模块。假设我们要引用里面定义的一个 UDF 函数 hello，第一步是引入模块:

include lib.`github.com/allwefantasy/lib-core`where -- libMirror="gitee.com" and  -- 配置代理-- commit="" and              -- 配置commit点alias="libCore";

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第二步就是引入相应的 udf 包，然后在 SQL 中使用：

include local.`libCore.udf.hello`;select hello() as name as output;

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是不是很酷？

宏函数

函数是代码复用的基础。几乎任何语言都有函数的概念。我们在 SQL 中也引入的宏函数的概念。但这个宏函数和原生的 SQL 中的函数比如 split、concat 等等是不一样的。它是 SQL 语言级别的函数。我们来看看示例：

set loadExcel = '''load excel.`{0}` where header="true" as {1}''';

!loadExcel ./example-data/excel/hello_world.xlsx helloTable;

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在这段代码中：

我们申明了一个变量 loadExcel，并且给他设置了一段代码。
loadExcel 有诸如 {0}, {1}的占位符。这些会被后续调用时的参数动态替换。
使用功能 ! 将 loadExcel 变量转化为宏函数进行调用。参数传递类似命令行。

我们也支持命名参数：

set loadExcel = '''load excel.`${path}` where header="true" as ${tableName}''';

!loadExcel _ -path ./example-data/excel/hello_world.xlsx -tableName helloTable;

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原生 SQL 函数的动态扩展

像传统关系型数据库，几乎无法扩展 SQL 的内置函数。在 Hive/Spark 中，通常需要以 Jar 包形式提供，可能涉及到重启应用，比较繁琐也比较重。现在，我们把 SQL UDF 书写变成和书写 SQL 一样。我们来看一个例子:

register ScriptUDF.`` as arrayLast where lang="scala"and code='''def apply(a:Seq[String])={      a.last}'''and udfType="udf";

select arrayLast(array("a","b")) as lastChar as output;

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在上面的代码中，我们通过 register 语法注册了一个函数叫 arrayLast，功能是拿到数组的最后一个值。我们使用 scala 代码书写这段逻辑。之后我们可以立马在 SQL 中使用功能这个函数。是不是随写随用？

当然，通过模块的能力，你也可以把这些函数集中在一起，然后通过 include 引入。

分支语法

SQL 最大的欠缺就是没有分支语句，这导致了一个啥问题呢？它需要寄生在其他语言之中，利用其他语言的分支语句。现在，我们原生的给 SQL 加上了这个能力。看如下代码：

set a = "wow,jack";

!if ''' split(:a,",")[0] == "jack" ''';   select 1 as a as b;!else;   select 2 as a as b;!fi;

select * from b as output;

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在分支语句中的条件表达式中，你可以使用一切内置、或者我们扩展的原生函数。比如在上面的例子里，我们在 if 语句中使用了 split 函数。还有一个大家用得非常多的场景，就是我先查一张表，根据条件决定接着执行什么样的逻辑。这个有了分支语法以后也会变得很简单，比如：

select 1 as a as mockTable;set b_count=`select count(*) from mockTable ` where type="sql" and mode="runtime";

!if ''':b_count > 11 ''';        select 1 as a from b as final_table;!else;        select 2 as a from b as final_table;!fi;    

select * from final_table as output;

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在上面的代码示例中，我们先查询 mockTable 里有多少数据，如果大于 11 条，执行 A 语句，否则执行 B 语句，执行完成后的结果继续被后面的 SQL 处理。

机器学习（内置算法）

SQL 表达机器学习其实是比较困难的。但是别忘了我们是可编程的 SQL 呀。我们来看看示例，第一步我们准备一些数据：

include project.`./src/common/mock_data.mlsql`;-- create mock/validate/test dataset.select vec_dense(features) as features, label as label from mock_data as mock_data;select * from mock_data as mock_data_validate;select * from mock_data as mock_data_test;

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接着我们就可以引入一个内置的算法来完成模型的训练。

train mock_data as RandomForest.`/tmp/models/randomforest` where
keepVersion="true" 
and evaluateTable="mock_data_validate"
and `fitParam.0.labelCol`="label"and `fitParam.0.featuresCol`="features"and `fitParam.0.maxDepth`="2";

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这个语句表达的含义是什么呢？对 mock_data 表的数据使用 RandomForest 进行训练，训练时的参数来自 where 语句中，训练后的模型保存在路径/tmp/models/randomforest 里。是不是非常 naive！

之后你马上可以进行批量预测：

predict mock_data_test as RandomForest.`/tmp/models/randomforest`  as predicted_table;

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或者将模型注册成 UDF 函数，使用 Select 语句进行预测:

register RandomForest.`/tmp/models/randomforest` as model_predict;select vec_array(model_predict(features)) as predicted_value from mock_data as output;

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Python 脚本支持

在可编程 SQL 里， SQL 是一等公民， Python 只是一些字符串片段。下面是一段示例代码:

select 1 as a as mockTable;
!python conf "schema=st(field(a,long))";
run command as Ray.`` where inputTable="mockTable"and outputTable="newMockTable"and code='''from pyjava.api.mlsql import RayContext
ray_context = RayContext.connect(globals(),None)
newrows = []for row in ray_context.collect():    row["a"] = 2    newrows.append(row)    context.build_result(newrows)''';

select * from newMockTable as output;

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这段代码，我们使用功能 Ray 模块执行 Python 脚本，这段 Python 脚本会对 mockTable 表加工，把 a 字段从 1 修改为 2，然后处理的结果可以继续被 SQL 处理。是不是很酷？随时随地写 Python 处理数据或者做机器学习，数据获取和加工则是标准的 SQL 来完成。

插件

可编程 SQL 无论语法还是内核功能应该是可以扩展的。比如我需要一个可以产生测试数据的功能。我只要执行如下指令就可以安装具有这个功能的插件：

!plugin app add - "mlsql-mllib-3.0";

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然后我就获得了一个叫 SampleDatasetExt 的工具，它可以产生大量的测试数据:

run command as SampleDatasetExt.`` where columns="id,features,label" and size="100000" and featuresSize="100" and labelSize="2" as mockData;
select * from mockData as output;

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在上面的示例代码中，我们通过 SampleDatasetExt 产生了一个具有三列的表，表的记录数为 100000, 其中 feature 字段数组大小为 100，label 字段的数组大小为 2。之后我们可以使用 select 语句进行查询进一步加工。

更多编程小 trick

比如下面一段代码在实际生产里是常态：

select SUM( case when `id` is null or `id`='' then 1 else 0 end ) as id,SUM( case when `diagnosis` is null or `diagnosis`='' then 1 else 0 end ) as diagnosis,SUM( case when `radius_mean` is null or `radius_mean`='' then 1 else 0 end ) as radius_mean,SUM( case when `texture_mean` is null or `texture_mean`='' then 1 else 0 end ) as texture_mean,SUM( case when `perimeter_mean` is null or `perimeter_mean`='' then 1 else 0 end ) as perimeter_mean,SUM( case when `area_mean` is null or `area_mean`='' then 1 else 0 end ) as area_mean,SUM( case when `smoothness_mean` is null or `smoothness_mean`='' then 1 else 0 end ) as smoothness_mean,SUM( case when `compactness_mean` is null or `compactness_mean`='' then 1 else 0 end ) as compactness_mean,SUM( case when `concavity_mean` is null or `concavity_mean`='' then 1 else 0 end ) as concavity_mean,SUM( case when `concave points_mean` is null or `concave points_mean`='' then 1 else 0 end ) as concave_points_mean,SUM( case when `symmetry_mean` is null or `symmetry_mean`='' then 1 else 0 end ) as symmetry_mean,SUM( case when `fractal_dimension_mean` is null or `fractal_dimension_mean`='' then 1 else 0 end ) as fractal_dimension_mean,SUM( case when `radius_se` is null or `radius_se`='' then 1 else 0 end ) as radius_se,SUM( case when `texture_se` is null or `texture_se`='' then 1 else 0 end ) as texture_se,SUM( case when `perimeter_se` is null or `perimeter_se`='' then 1 else 0 end ) as perimeter_se,SUM( case when `area_se` is null or `area_se`='' then 1 else 0 end ) as area_se,SUM( case when `smoothness_se` is null or `smoothness_se`='' then 1 else 0 end ) as smoothness_se,SUM( case when `compactness_se` is null or `compactness_se`='' then 1 else 0 end ) as compactness_se,SUM( case when `concavity_se` is null or `concavity_se`='' then 1 else 0 end ) as concavity_se,SUM( case when `concave points_se` is null or `concave points_se`='' then 1 else 0 end ) as concave_points_se,SUM( case when `symmetry_se` is null or `symmetry_se`='' then 1 else 0 end ) as symmetry_se,SUM( case when `fractal_dimension_se` is null or `fractal_dimension_se`='' then 1 else 0 end ) as fractal_dimension_se,SUM( case when `radius_worst` is null or `radius_worst`='' then 1 else 0 end ) as radius_worst,SUM( case when `texture_worst` is null or `texture_worst`='' then 1 else 0 end ) as texture_worst,SUM( case when `perimeter_worst` is null or `perimeter_worst`='' then 1 else 0 end ) as perimeter_worst,SUM( case when `area_worst` is null or `area_worst`='' then 1 else 0 end ) as area_worst,SUM( case when `smoothness_worst` is null or `smoothness_worst`='' then 1 else 0 end ) as smoothness_worst,SUM( case when `compactness_worst` is null or `compactness_worst`='' then 1 else 0 end ) as compactness_worst,SUM( case when `concavity_worst` is null or `concavity_worst`='' then 1 else 0 end ) as concavity_worst,SUM( case when `concave points_worst` is null or `concave points_worst`='' then 1 else 0 end ) as concave_points_worst,SUM( case when `symmetry_worst` is null or `symmetry_worst`='' then 1 else 0 end ) as symmetry_worst,SUM( case when `fractal_dimension_worst` is null or `fractal_dimension_worst`='' then 1 else 0 end ) as fractal_dimension_worst,SUM( case when `_c32` is null or `_c32`='' then 1 else 0 end ) as _c32from data as data_id;

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写的手累？那有么有办法简化呢？当然有啦。我们毕竟是可编程是 SQL 呀。

一个有意思的解决方法如下：

select #set($colums=["id","diagnosis"，"fractal_dimension_worst"])#foreach( $column in $colums )    SUM( case when `$column` is null or `$column`='' then 1 else 0 end ) as $column,#end 1 as a from newTable as output;

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我们可以使用内置的 #foreach 循环。先通过 set 设置所有字段名称，然后通过 foreach 循环来生成 sum 语句。

这就完了？就如同茴字有好多写法，我们还有其他的玩法。

set sum_tpl = '''SUM( case when `{0}` is null or `{0}`='' then 1 else 0 end ) as {0}''';

select ${template.get("sum_tpl","diagnosis")},${template.get("sum_tpl","radius_mean")},${template.get("sum_tpl","texture_mean")},from data as output;

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我们可以通过 set 进行模板设置，然后在 sql 语句里通过 template.get( 语句进行模板渲染。对于一个很复杂的 SQL 语句，里面可能存在多个类似 sum /case when 的重复语句，那么我们就可以使用这种方式了。而且可以做到一处修改，处处生效。不然万一你 sum 里的 1 要改成 2，那可是要改好几十个语句的。

恩，除了这些，还有非常多的好玩的玩法等待你去挖掘，SQL 再也不 Boring 了。

不是最后的最后

可以看到，我们给原生 SQL 扩展了变量、函数、多数据源支持、第三方模块、原生函数动态扩展、分支语法、机器学习、python 脚本支持、插件等等诸多功能。就像 TypeScript 对 JavaScript 的增强一样，大家也可以只用最基础的 SQL 语法。但是一旦有需要，你就可以使用更多高阶功能满足自己的诉求。