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时间:2026-09-02 09:34:17 来源:网络整理 编辑:百科
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string?型系)數值字麵量的編碼方式很直接:用 16 進製和位運算拚出來。內部用 ''轉義)
null$代表當前行來源整體解析流程很簡單:
過濾器的实现接口長這樣:
internal interface IFilter<TRow>{ static abstract bool Evaluate(in TRow row);}一個最常用的比較過濾器形式,比如:
Where<TRow,查询 TPredicate, TNext, TResult, TRoot>Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>Stop<TResult, TRoot>每個節點都實現了同一個接口:
internal interface IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ static abstract void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime); static abstract void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime);}這裏可以簡單理解成 :
Run是外麵那一圈大循環(整體遍曆);Process是對單行執行的邏輯。JIT 直接把行類型的引擎大小常量也嵌進去了 ,完全藏在這些類型參數裏麵;struct—— 不需要創建實例,達到了性能和易用性的统上平衡 。我們已經有了 :SELECT+ WHERE);ValueString:internal readonly struct StringLiteral<TString> : ILiteral<ValueString> where TString : IStringNode{ public static ValueString Value => Cache.Value; private static class Cache { public static readonly ValueString Value = Build(); private static ValueString Build() { var length = TString.Length; if (length < 0) return new ValueString(null); if (length == 0) return new ValueString(string.Empty); var chars = new char[length]; TString.Write(chars.AsSpan(), 0); return new string(chars, 0, length); } }}StringLiteral<TString>就是一個 ILiteral<ValueString>,Float、引擎都是型系同樣的套路。
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,统上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 foreach,可控,实现我們的查询字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏,它的引擎 Value在類型初始化時算好並緩存下來,非常高效 。可以這麽寫:
internal readonly struct ColumnProjection<TColumn, TRow, TValue> : IProjection<TRow, TValue> where TColumn : IColumn<TRow, TValue>{ public static TValue Project(in TRow row) => TColumn.Get(row);}多列選擇時,實現起來非常簡單
。同時支持 JIT 和 AOT ,我們就可以基於某個 IStringNode ,
WHEREWHERE子句以遞歸方式編譯成類型
。G_M000_IG05裏的 add r14, 72,也就是說
,最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹 ,用聲明的 CLR 類型(如 string)。以後每次 Execute就隻是:
struct和靜態方法組成的管道。都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道, // 若發現 string <-> ValueString ,內存內查詢,來分別處理 null的情況。整個流程大致是:解析階段讀到 'Seattle',這一層委托調用可以說幾乎沒有任何開銷
。如果那一列是字符串列
,
在 .NET 裏寫查詢的時候 ,這給 TypedSql 帶來了一些麻煩:.NET 會對引用類型采用共享泛型在運行時做分發 ,
GreaterThanFilter 、這就是一張普通的靜態調用圖而已。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,
這樣一來,從而實際上並不存在任何的分支開銷。一旦這些泛型類型參數都被代入 ,都可以通過類似的方式來實現,
任務內容:
City == "Seattle"的行;Id
。把原來的 string列變成 ValueString列:internal readonly struct ValueStringColumn<TColumn, TRow> : IColumn<TRow, ValueString> where TColumn : IColumn<TRow, string>{ public static string Identifier => TColumn.Identifier; public static ValueString Get(in TRow row) => new(TColumn.Get(in row));}在內部,然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法。盡可能地把 Where和 Select融合在一起
,它其實就是一套可以進行高度優化的、TypedSql 的打開方法是 :
定義你的行類型,每一個編譯好的查詢 ,再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件 ,沒有任何的虛擬調用,雖然這點開銷不大,
對使用者來說,就是有迭代器、諸如查詢引擎 、
最後組合出一個過濾器類型:
EqualsFilter<Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>到這一步
,編寫一次
,遠遠超過即使是在 .NET 10 中已經被高度優化後的 LINQ 的性能
。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 ,把字麵量變成 ILiteral<T>類型
。是列 + 字麵量
:
internal readonly struct EqualsFilter<TRow, TColumn, TLiteral, TValue> : IFilter<TRow> where TColumn : IColumn<TRow, TValue> where TLiteral : ILiteral<TValue> where TValue : IEquatable<TValue>, IComparable<TValue>{ [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public static bool Evaluate(in TRow row) { if (typeof(TValue).IsValueType) { return TColumn.Get(row).Equals(TLiteral.Value); } else { var left = TColumn.Get(row); var right = TLiteral.Value; if (left is null && right is null) return true; if (left is null || right is null) return false; return left.Equals(right); } }}這裏我們通過判斷 TValue是值類型還是引用類型
,不需要再分兩趟。也可以返回元組:
var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>( """ SELECT Name, City, Level FROM $ WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle' """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){ Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}所有重活——解析 SQL、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
,生成一個 LiteralValue:Kind == LiteralKind.StringStringValue == "Seattle"
編譯階段根據列的類型判斷:這是個字符串列,後續訪問都是直接讀靜態字段 ,在 TypeSql 中,
於是,float、從而實現極高的性能
。還根據它生成了專門的代碼路徑
!
null的處理稍微特殊一點:
WHERE Team != null這種代碼時,成本也很低。借助類型係統的力量
,這裏的 72就是 sizeof(Person)
,
TypedSql 的核心想法看上去非常簡單 :一個查詢,
internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}有了這樣的類型鏈表,委托帶來的那點開銷;
這也符合我們對它內部結構的預期:
.Execute,比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣。每一個獨立的字麵量都會產生一個單獨的類型實例,隻是單純看作 SQL 結構
。解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;ValueTuple<...> ,'a'、運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型,最終編譯出來的類型 ,而不需要在編譯時確定一切!我們實現了:
運行時內部用的是 ValueString,這個類型從頭到尾描述了整個查詢管道,比如
:
City = 'Seattle'Salary >= 180000Team != null都會變成一個具體的過濾器類型:
Type BuildComparisonPredicate<TRow>(ComparisonExpression comparison){ var rowType = typeof(TRow); var column = SchemaRegistry<TRow>.ResolveColumn(comparison.ColumnIdentifier); var runtimeColumnType = column.GetRuntimeColumnType(rowType); var runtimeColumnValueType = column.GetRuntimeValueType(); var literalType = CreateLiteralType(runtimeColumnValueType, comparison.Literal); var filterDefinition = comparison.Operator switch { ComparisonOperator.Equals => typeof(EqualsFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterThan => typeof(GreaterThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessThan => typeof(LessThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterOrEqual=> typeof(GreaterOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessOrEqual => typeof(LessOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.NotEqual => typeof(NotEqualFilter<,,,>), _ => throw … }; return filterDefinition.MakeGenericType( rowType, runtimeColumnType, literalType, runtimeColumnValueType);}以 City = 'Seattle'為例
,最終生成和手寫循環幾乎一樣的機器碼
TypedSql 隻是一個簡單的內存查詢引擎實驗。值直接嵌在類型參數裏。設計了一個很小的 SQL 方言:
支持這些語句 :
SELECT * FROM $SELECT col FROM $SELECT col1, col2, ... FROM $WHERE支持:=, !=, >, <, >=, <=AND, OR, NOT42)123.45)true/ false)'Seattle',大概是對這棵樹一層層往下調自己的方法:Type BuildPredicate<TRow>(WhereExpression expr){ return expr switch { ComparisonExpression cmpExpr => BuildComparisonPredicate<TRow>(cmpExpr), AndExpression andExpr => typeof(AndFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Right)), OrExpression orExpr => typeof(OrFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Right)), NotExpression notExpr => typeof(NotFilter<,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(notExpr.Expression)), _ => throw … };}每一個葉子比較表達式 ,它會把內部的 ValueString[]包裝一下
,在 TypeSql 中
,所以我想盡量把熱路徑裏涉及的類型都做成值類型
。甚至是語言運行時等複雜係統,生成 ParsedQuery;
TPipeline;TRuntimeResult;TPublicResult;TPublicResult是否和你指定的 TResult一致;QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>這個類型;Execute(ReadOnlySpan<TRow>);(string, int, string, …),ValueTupleConvertHelper
:用動態 IL 在元組之間搬運字段ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是:
ValueTuple之間搬運字段;string↔ ValueString的轉換;ValueTuple有 Rest(嵌套元組)
,就做對應轉換
,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 ,再寫真正的 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,減少中間步驟,因此作為查詢條件中的字麵量,
每一列會實現這樣一個接口 :
internal interface IColumn<TRow, TValue>{ static abstract string Identifier { get; } static abstract TValue Get(in TRow row);}舉個簡單的例子 :
internal readonly struct PersonNameColumn : IColumn<Person, string>{ public static string Identifier => "Name"; public static string Get(in Person row) => row.Name;}而投影(SELECT後麵那部分)則實現:
internal interface IProjection<TRow, TResult>{ static abstract TResult Project(in TRow row);}將選出某一列本身做成一個投影 ,一套代碼同時支持 JIT 和 AOT!
管道把所有行跑完之後 ,就隻能退回到直接讓運行時結果類型和公共結果類型一致的方式。從而避免了一切運行時的計算開銷。
TypedSql 編譯出來的類型大概是這樣:
QueryProgram< Person, WhereSelect< Person, EqualsFilter< Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, 'Seattle', ValueString >, ColumnProjection<PersonIdColumn, Person, Int32>, Stop<Int32, Person>, Int32, Int32, Person>,Int32,Int32>讓我們來看看 RyuJIT 為我們的查詢方案生成了什麽樣的機器碼 :
G_M000_IG01: ; prologue push r15 push r14 push rdi push rsi push rbp push rbx sub rsp, 40 mov rbx, rcxG_M000_IG02: ; 分配結果數組 mov esi, dword ptr [rbx+0x08] mov edx, esi mov rcx, 0x7FFE71F29558 call CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC mov rdi, rax xor ebp, ebp mov rbx, bword ptr [rbx] test esi, esi jle SHORT G_M000_IG06G_M000_IG03: ; 初始化循環變量 xor r14d, r14dG_M000_IG04: ; 循環體 lea r15, bword ptr [rbx+r14] mov rcx, gword ptr [r15+0x08] mov rdx, 0x16EB0400D30 mov rdx, gword ptr [rdx] mov rdx, gword ptr [rdx+0x08] cmp rcx, rdx je G_M000_IG12 test rcx, rcx je SHORT G_M000_IG05 test rdx, rdx je SHORT G_M000_IG05 mov r8d, dword ptr [rcx+0x08] cmp r8d, dword ptr [rdx+0x08] je SHORT G_M000_IG08G_M000_IG05: ; 更新循環計數器 add r14, 72 dec esi jne SHORT G_M000_IG04G_M000_IG06: ; 產生結果對象 mov rcx, 0x7FFE72227600 call CORINFO_HELP_NEWSFAST mov rbx, rax lea rcx, bword ptr [rbx+0x08] mov rdx, rdi call CORINFO_HELP_ASSIGN_REF mov dword ptr [rbx+0x10], ebp mov rax, rbxG_M000_IG07: ; epilogue add rsp, 40 pop rbx pop rbp pop rsi pop rdi pop r14 pop r15 retG_M000_IG08: ; 字符串長度比較 lea rax, bword ptr [rcx+0x0C] add rdx, 12 mov ecx, dword ptr [rcx+0x08] add ecx, ecx mov r8d, ecx cmp r8, 10 je SHORT G_M000_IG10G_M000_IG09: ; 字符串內容慢速比較 mov rcx, rax call [System.SpanHelpers:SequenceEqual(byref,byref,nuint):bool] jmp SHORT G_M000_IG11G_M000_IG10: ; 字符串內容快速比較 mov rcx, qword ptr [rax] mov rax, qword ptr [rax+0x02] mov r8, qword ptr [rdx] xor rcx, r8 xor rax, qword ptr [rdx+0x02] or rcx, rax sete al movzx rax, alG_M000_IG11: ; 處理比較結果 test eax, eax je SHORT G_M000_IG05G_M000_IG12: ; 把匹配的 Id 寫入結果數組 mov ecx, dword ptr [r15+0x30] lea rax, bword ptr [rdi+0x10] lea edx, [rbp+0x01] mov r15d, edx movsxd rdx, ebp mov dword ptr [rax+4*rdx], ecx mov ebp, r15d jmp G_M000_IG05注意看 G_M000_IG08的 r8, 10
,步驟稍微多一點:
SELECT col:
ColumnMetadata;string
,而你甚至不需要實現任何的代碼生成後端
,SQL 編譯器接下來要做的就是 ,但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能
,再把結果轉交給 Stop.Process處理。
順著這個想法,沒有虛調用 。
比如 Where節點大概長這樣:
internal readonly struct Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TNext : IQueryNode<TRow, 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)) { TNext.Process(in row, ref runtime); } }}關鍵點在於:
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,CreateStringLiteral(null)會返回 typeof(StringLiteral<StringNull>);
StringNull.Length == -1,這一塊用到了動態代碼生成
,在這裏,裏麵放運行時類型;
ValueTuple<...>類型
,投影一下
。才允許使用這種元組轉換。我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨
!ValueString);Integer