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16-Oracle 23 ai-JSON-Relational Duality-知识准备

news 来源：原创 2025/6/8 7:25:18

一直做DBA的小伙伴，是不是对开发相对陌生一些。JSON 关系二元性是 Oracle Database 23ai 中重要的特性，同时带来的是范式革命。JSON关系二元性解决了数据库领域的根本矛盾，结构化数据的严谨性与半结构化数据的灵活性之间的矛盾。

JSON Relational Duality为 Oracle 数据库开发人员提供了改变游戏规则的灵活性和简单性。这一突破性创新克服了开发人员在构建应用程序时（无论是使用关系模型还是使用文档模型）所面临的历史挑战。

一、JSON，JSON关系二元性，JSON二元性视图

JSON格式的数据：

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。
在数据库中，JSON数据可以以文本形式存储，也可以以二进制形式（如Oracle的JSON类型，PostgreSQL的JSONB）存储，以便更高效地处理和查询。

JSON关系二元性（JSON Relational Duality）：

这是一种数据库技术，旨在弥合关系型数据库和文档数据库之间的鸿沟。它允许数据同时以关系表和JSON文档的形式存在，并且两种形式之间是实时同步的。
核心思想：同一份数据，两种表达方式（关系和文档），并且保持自动、实时的双向转换。当通过关系表修改数据时，JSON文档视图会自动更新；反之，当通过JSON文档修改数据时，底层的关系表也会自动更新。

JSON二元性视图（JSON Duality View） ：

这是实现JSON关系二元性的具体技术手段。在Oracle 23ai中，通过创建一种特殊的视图（称为Duality View）来定义JSON文档的结构，并映射到底层的关系表。
该视图不仅提供了一种只读的JSON文档视图，而且支持通过JSON文档的插入、更新和删除操作来修改底层的关系表数据。

相关的 联系：

数据表达的统一：JSON二元性视图是JSON关系二元性概念的具体实现。它允许开发者以JSON文档的形式操作数据，而数据库自动将这些操作转换为对关系表的操作，反之亦然。
实时同步：底层的数据存储可以是关系表，但通过二元性视图，数据以JSON文档形式呈现。任何一方的修改都会实时反映到另一方，无需ETL或额外的同步机制。
开发灵活性：开发者可以根据需要选择使用SQL操作关系表（适合复杂查询和事务）或使用文档操作（如RESTful接口）来处理JSON文档，而数据始终保持一致。

1. JSON的诞生背景

JSON（JavaScript Object Notation）由Douglas Crockford于2001年正式提出，源于JavaScript的对象字面量语法。其核心设计目标：

轻量化：相比XML减少60-70%的数据体积
易读性：人类可读的键值对结构，自描述性，数据结构与数据一体
语言无关：独立于编程语言的通用数据格式。中立，所有编程语言通用
灵活性：无固定模式，随时增减字段

2.数据结构：键值对集合（对象） + 有序列表（数组）

{"id": 101,"name": "康有为","roles": ["admin", "editor"],"contact": {"email": "kang@china.com","phone": "+86 98765432100"}
}

3. 核心使用场景

Web API通信：90%的RESTful API采用JSON作为数据交换格式
NoSQL数据库：MongoDB等文档数据库的底层存储格式
配置管理：Kubernetes等云原生系统的配置格式
实时数据流：Kafka等消息队列的常用数据格式

三、传统架构核心问题

1. 关系型数据库（RDBMS）

优点：

ACID事务保证（银行交易等关键系统）
强大的关联查询能力（JOIN操作）
成熟的数据完整性约束（主键、外键等）

缺点：

模型不匹配：对象模型与关系模型转换成本高（30-40%开发时间）
结构僵化：修改表结构需DDL操作（生产环境风险高）
扩展困难：水平扩展复杂（分库分表技术门槛高）

2. NoSQL文档数据库

优点：

灵活的数据模型（随时添加新字段）
快速开发迭代（无需预定义模式）
天然水平扩展（分布式架构）

缺点：

弱事务支持：跨文档事务实现复杂
关联查询低效：$lookup操作性能差
数据冗余：相同数据在多文档重复存储（存储成本增加30-70%）

3. 传统数据处理

四、JSON关系二元性和view实现

1. 关键概念解析

Duality View--虚拟 JSON 文档接口，基于底层关系表实时生成。

WITH UPDATE--视图字段级更新控制（指定可写字段）。

ETag--文档版本标识符（解决并发冲突）。

JSON_mergepatch--部分文档更新函数（避免全文档替换）。

2. 技术实现

JSON关系二元性

JSON 二元性视图

3. JSON二元性核心优势

功能核心优势

对比维度	传统架构	JSON二元性	改进效果
开发效率	ORM+ETL多层转换	自动双向映射	开发周期缩短40%
事务一致性	跨库事务复杂(2PC/XA)	原生跨模型ACID	错误率降低90%
查询性能	关联查询需应用层拼接	单请求获取完整文档	响应时间提升5-10倍
存储效率	双重存储(关系+文档)	单一存储双视图	存储成本降低60%
架构复杂度	多组件协同(DB+Cache+MQ)	单一数据库引擎	运维成本减少70%
扩展灵活性	模式变更需停机维护	动态添加JSON字段	业务中断时间减少95%

操作方式与传统架构对比

操作类型	传统架构	二元性架构
读取用户数据	多表JOIN查询 → ORM转换 → JSON序列化	直接查询二元性视图获得完整JSON
更新用户信息	解析JSON → 更新多表 → 验证一致性	JSON_mergepatch单视图操作
添加关联记录	事务中插入多行 → 刷新缓存	JSON数组添加元素自动创建关联行
并发控制	行级锁或应用层锁	ETag乐观锁自动处理

4. JSON 二元性视图：技术实现的核心

视图定义

代码实例

CREATE JSON RELATIONAL DUALITY VIEW employee_dv
AS
SELECT JSON {'empId': e.employee_id,'fullName': e.first_name || ' ' || e.last_name,'department': (SELECT JSON {'id': d.department_id, 'name': d.department_name}FROM departments d WHERE d.department_id = e.department_id),'projects': [ SELECT JSON {'projectId': p.project_id, 'name': p.project_name}FROM projects p JOIN assignments a ON p.project_id = a.project_idWHERE a.employee_id = e.employee_id]
}
FROM employees e WITH UPDATE;

存储行为

五、实现JSON二元性技术的改变

1. 动态双向映射引擎

增量处理：仅更新修改字段（性能提升3-5倍）
智能缓存：热文档缓存命中率90%+

2. 混合事务管理器

全局SCN(系统变更号)保证读写一致性
文档级乐观锁（ETag机制避免死锁）

BEGIN-- 关系操作（扣减库存）UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE sku = 'A123';-- 文档操作（创建订单）INSERT INTO order_v VALUES ('{"items":[{"sku":"A123"}]}');-- 跨模型事务提交
COMMIT;

3.多协议适配层

协议转换开销的大幅降低