SQL窗口函数原理和使用

今天我们来聊聊 SQL 窗口函数。你是不是经常对复杂的报表查询感到比较头疼？在网上找到了一些窗口函数的 demo，但因为对实现原理一知半解，经常导致写的 SQL 查询的数据口径对不上。如果你有这样的问题，就静下心来好好学习一下这一讲的内容。我会给你详细地介绍 SQL 窗口函数的原理和使用方法，帮你找到解决问题的方案。

SQL 窗口函数介绍

首先，我们先对 SQL 窗口函数的使用场景、所处的执行阶段以及它的原理做一个简单的了解。

SQL 窗口函数的使用场景：窗口函数只能在 select 查询列表中使用，不能用于 update 和 delete 语句。窗口函数不影响查询记录的数量，它的作用仅仅是在 select 列表里面新增一个列而已，且多个窗口函数之间互不影响。SQL 窗口函数所处的执行阶段：它只能出现在 select 列表中，晚于 from、where、group by、having 的执行。早于 order by、limit、select distinct 的执行。SQL 窗口函数的原理：窗口函数顾名思义，就是将 SQL 查询出来的结果看成一个大窗口。可以对整个窗口进行分区（partition by）, 每个分区包含一个滑动窗口（frame）。

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over() 函数

在我们的 SQL 中通过调用 over() 函数，我们可以生成一个窗口（基于 SQL 查询的全部结果）。over 函数内部支持如下参数：

partition by <分区列名>；order by <列名 [asc|desc] ，用于指定分区内的数据的排列先后顺序>；<range|rows> between <滑动窗口的上边界> and <滑动窗口的下边界> 用于指定滑动窗口的大小。语法解释当 over 函数内的参数为空时，整个结果集就是一个分区（不指定 partition by）。滑动窗口的大小也是整个结果集。当 order by 不指定的时候，记录行（rows）使用默认的顺序，也就是从数据库查询出来的顺序。因为窗口函数在 order by 语句之前执行，所以顺序只能是默认的顺序。在此我强烈建议窗口函数都带上 order by 从句，否则结果列可能会是不确定的值。MySQL 可以支持不带 order by，但在 Oracle 和 SQL Server 上，指定滑动窗口时，必须带上 order by，否则就会报错。当没有指定滑动窗口大小的参数时，即没有指定 range 或者 rows 从句，滑动窗口的默认大小为：上边界=分区的第一条记录，下边界=当前记录。滑动窗口（Frame）语法讲解

滑动窗口是基于当前行的，它有一个上边界和一个下边界，滑动窗口不能脱离 partition 独立存在。当指定了 partition by 和 order by，而不指定滑动窗口时，滑动窗口默认的上边界为 partition 内第一条记录，下边界为当前记录。每一行记录都有一个滑动窗口。

指定滑动窗口的时候，必须是已经有了 partition by 从句，否则 SQL 会报错。虽然 MySQL8 支持，但是不建议你这样使用。当 over 函数里面没有 partition by 从句和滑动窗口从句时，默认的滑动窗口就是整个结果集。

滑动窗口大小支持两种模式，range 模式和 rows 模式。

rows 模式rows between N preceding and M following

滑动窗口的构成以当前逻辑行为基准点，向上指定 N 行 (逻辑行) 为上边界，向下指定 M 行 (逻辑行) 为下边界。

range 模式（注意：range 模式必须指定 order by 从句）range between N preceding and M following

滑动窗口的构成以当前逻辑行为基准点，值是 order by 从句中使用的列的值。

上边界：当前逻辑行之前 值 >= 当前逻辑行的值 - N 的所有逻辑行

下边界：当前逻辑行之后 值 <= 当前逻辑行的值 + M 的所有逻辑行

边界常量unbounded preceding：表示分区内第一条记录 (逻辑行)，不管是否指定 order by 从句。unbounded following：表示分区内最后一条记录 (逻辑行)，不管是否指定 order by 从句。current row：字面意思是当前行，在 rows 模式下，表示当前逻辑行。在 range 模式下，表示在当前逻辑行前后，值和当前逻辑行的值相等的所有逻辑行 (range 模式下指定了 order by，值都是有序的)。N preceding 和 N following：参考 range 和 rows 模式里面的解释，分别表示往前 N 行的数据和往后 N 行的数据。

操作函数

当 over 函数指定了窗口之后，需要操作函数对分区内（partition）或者滑动窗口内（Frame）的数据进行操作。

窗口函数分为 聚合函数和 非聚合函数。聚合函数处理数据大部分都是基于滑动窗口的。非聚合函数处理数据有基于滑动窗口的，也有基于分区的。下表是常用的操作函数，另外不同的数据库还会实现自身特有的操作函数。

关于操作函数的详细描述和具体的使用方式，感兴趣的话你可以参考链接中的内容：

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/aggregate-functions.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/window-function-descriptions.html

示例

接下来我们通过示例表 names，来具体操作一下。这是示例的数据。

图 2 示例数据

row_number 函数按照 name 列分区，为每一行记录生成行号，行号按照 val 列的值倒序生成。 dense_rank 函数按照 name 列分区，为每一行记录按照 val 列的值倒序生成排名。排名不能有间隔。 rank 函数按照 name 列分区，为每一行记录按照 val 列的值倒序生成排名。排名允许有间隔。 lag 函数按照 name 列分区，为每一行记录生成 val 列和它前面一条记录的差值，前面的记录不存在用 0 表示。

其中 lag(val,1,0) 表示，获取当前行前面 1 行的 val 字段的值，如果前面一行不存在，用 0 表示默认值。

first_value 函数按照 name 列分区，为每一行记录生成 val 列和他所在滑动窗口内，第一条记录 val 列表的差值，按照 val 的值倒序排列。 混合使用

因为每个窗口函数都是独立的，互不影响，可以在 select 列表里面使用多个窗口函数生成多列，各个列也互不影响。

总结

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通过学习，相信你对 SQL 窗口函数已经有了一个整体和直观的认识，对其中的使用细节也有了一定的理解，特别是对分区、滑动窗口、range 和 rows 模式下滑动窗口的边界，以及操作函数的作用范围和使用方式有了一个清楚的认知。但想要牢固地掌握这些知识，还需要你学以致用，多多练习。