SQLite学习笔记(十二)&&虚拟机指令

     上篇文章简单讨论了虚拟机的原理，这篇文章我们详细讨论下指令，具体从几种典型的SQL语句来看看每种SQL对应的指令流，以及每个指令的含义。通过explain语句，可以看到语句对应的指令流；通过pragma vdbe_trace=on指令，我们甚至可以得到语句对应的指令执行流程，包括跳转等。
测试表结构

CREATE TABLE t1(
　　id integer primary key autoincrement, 
　　user_id int, 
　　c1 varchar(1000), 
　　c2 varchar(1000)
);

测试语句
(1)INSERT

sqlite> explain insert into t1(user_id,c1,c2) values(1111,'abc','abc');
0|Init|0|17|0||00|Start at 17
1|OpenWrite|0|5|0|4|00|root=5 iDb=0; t1
2|NewRowid|0|4|2||00|r[4]=rowid
3|MemMax|2|4|0||00|r[2]=max(r[2],r[4])
4|SoftNull|5|0|0||00|r[5]=NULL
5|Integer|1111|6|0||00|r[6]=1111
6|String8|0|7|0|abc|00|r[7]='abc'
7|String8|0|8|0|abc|00|r[8]='abc'
8|MakeRecord|5|4|9|DDBB|00|r[9]=mkrec(r[5..8])
9|Insert|0|9|4|t1|1b|intkey=r[4] data=r[9]
10|Close|0|0|0||00|
11|OpenWrite|0|3|0|2|00|root=3 iDb=0; sqlite_sequence
12|NotNull|3|14|0||00|if r[3]!=NULL goto 14
13|NewRowid|0|3|0||00|r[3]=rowid
14|MakeRecord|1|2|10||00|r[10]=mkrec(r[1..2])
15|Insert|0|10|3||08|intkey=r[3] data=r[10]
16|Halt|0|0|0||00|
17|Transaction|0|1|4|0|01|
18|TableLock|0|5|1|t1|00|iDb=0 root=5 write=1
19|TableLock|0|3|1|sqlite_sequence|00|iDb=0 root=3 write=1
20|OpenRead|0|3|0|2|00|root=3 iDb=0; sqlite_sequence
21|Null|0|2|3||00|r[2..3]=NULL
22|String8|0|1|0|t1|00|r[1]='t1'
23|Rewind|0|31|0||00|
24|Column|0|0|2||00|r[2]=
25|Ne|1|29|2||10|if r[1]!=r[2] goto 29
26|Rowid|0|3|0||00|r[3]=rowid
27|Column|0|1|2||00|r[2]=
28|Goto|0|31|0||00|
29|Next|0|24|0||00|
30|Integer|0|2|0||00|r[2]=0
31|Close|0|0|0||00|
32|Goto|0|1|0||00|

通过explain我们得到了语句对应的指令流，该语句总共包含了32条指令，下面我们逐条来说明指令的含义。

	指令	含义
0	Init|0|17|0||00|Start at 17	指令从P2(17)开始
1	OpenWrite|0|5|0|4|00|root=5 iDb=0; t1	打开表t1读写游标cursor0，P4,表示总共有4列
2	NewRowid|0|4|2||00|r[4]=rowid	生成一个newRowid，写入P2寄存器，P3寄存器存储的是目前最大值，当rowid达到最大值，则SQLITE_FULL error。
3	MemMax|2|4|0||00|r[2]=max(r[2],r[4])	取出sqlite_sequence里面和表里面记录的最大值
4	SoftNull|5|0|0||00|r[5]=NULL	初始化r[5]为null，rowid列
5	Integer|1111|6|0||00|r[6]=1111	设置寄存器r[6]为1111
6	String8|0|7|0|abc|00|r[7]='abc'	设置寄存器r[7]为abc
7	String8|0|8|0|abc|00|r[8]='abc'	设置寄存器r[8]为abc
8	MakeRecord|5|4|9|DDBB|00|r[9]=mkrec(r[5..8])	生成t1表记录 将寄存器r[5..8]的内容转为记录格式，存入r[9],P2指定长度为4。
9	Insert|0|9|4|t1|1b|intkey=r[4] data=r[9]	插入 key在r[4]中，data在r[9]寄存器中
10	Close|0|0|0||00|	关闭游标
11	OpenWrite|0|3|0|2|00|root=3 iDb=0; sqlite_sequence	打开写游标
12	NotNull|3|14|0||00|if r[3]!=NULL goto 14	r[3]不为null，则跳转14
13	NewRowid|0|3|0||00|r[3]=rowid	生成新的rowid
14	MakeRecord|1|2|10||00|r[10]=mkrec(r[1..2])	生成sqlite_sequence记录  生成记录,r[1]=t1,r[2]=seq
15	Insert|0|10|3||08|intkey=r[3] data=r[10]	插入  key=r[3],data=r[10]
16	Halt|0|0|0||00|	终止
17	Transaction|0|1|4|0|01|	打开一个新事务，创建回滚日志文件
18	TableLock|0|5|1|t1|00|iDb=0 root=5 write=1	上t1表锁(仅用于shared-cache)
19	TableLock|0|3|1|sqlite_sequence|00|iDb=0 root=3 write=1	上sqlite_sequence表锁
20	OpenRead|0|3|0|2|00|root=3 iDb=0; sqlite_sequence	打开sqlite_sequence表，P4，表示总共2列
21	Null|0|2|3||00|r[2..3]=NULL	初始化寄存器为NULL
22	String8|0|1|0|t1|00|r[1]='t1'	设置r[1]为t1
23	Rewind|0|31|0||00|	重置游标cursor P1,游标指向索引的第一个位置，如果tree为空，则跳转到31，否则执行下面的指令
24	Column|0|0|2||00|r[2]=	获取cusor P1指向记录的P2th列，即sqlite_sequence的name列，结果存在r[2]中
25	Ne|1|29|2||10|if r[1]!=r[2] goto 29	如果sqlite_sequence表中记录与当前的表名不一致，跳转到29
26	Rowid|0|3|0||00|r[3]=rowid	获取当前记录的rowid
27	Column|0|1|2||00|r[2]=	获取当前记录的第1列，结果存放在r[2]中，sqlite_sequence的第一列是seq值
28	Goto|0|31|0||00|	跳转到31
29	Next|0|24|0||00|	游标往后移，如果还有记录，则跳转到P2(24),否则继续往后执行。
30	Integer|0|2|0||00|r[2]=0	这是r[2]为0
31	Close|0|0|0||00|	关闭sqlite_sequence表的游标
32	Goto|0|1|0||00|	跳转到1，开始执行插入表t1

      通过pragma命令，设置vdbe_trace为on可以看到SQL语句对应的指令流是如何运行的，具体如下：可以看到，指令并不是顺序执行的，而是存在跳转，具体的执行顺序，由代码生成器生成指令流和指令的内容决定。

sqlite> pragma vdbe_trace=on;
sqlite> insert into t1(user_id,c1,c2) values(1111,'abc','abc');
SQL: [insert into t1(user_id,c1,c2) values(1111,'abc','abc');]
VDBE Trace:
0 Init 0 17 0 00 Start at 17
17 Transaction 0 1 4 0 01 
18 TableLock 0 5 1 t1 00 iDb=0 root=5 write=1
19 TableLock 0 3 1 sqlite_sequence 00 iDb=0 root=3 write=1
20 OpenRead 0 3 0 2 00 root=3 iDb=0; sqlite_sequence
21 Null 0 2 3 00 r[2..3]=NULL
REG[2] = NULL
22 String8 0 1 0 t1 00 r[1]='t1'
REG[1] = t2[t1](8)
23 Rewind 0 31 0 00 
24 Column 0 0 2 00 r[2]=
REG[2] = s4[user](8)
25 Ne 1 29 2 10 if r[1]!=r[2] goto 29
REG[1] = t2[t1](8)
REG[2] = s4[user](8)
29 Next 0 24 0 00 
24 Column 0 0 2 00 r[2]=
REG[2] = s6[orders](8)
25 Ne 1 29 2 10 if r[1]!=r[2] goto 29
REG[1] = t2[t1](8)
REG[2] = s6[orders](8)
29 Next 0 24 0 00 
24 Column 0 0 2 00 r[2]=
REG[2] = s2[t1](8)
25 Ne 1 29 2 10 if r[1]!=r[2] goto 29
REG[1] = t2[t1](8)
REG[2] = s2[t1](8)
26 Rowid 0 3 0 00 r[3]=rowid
REG[3] = i:3
27 Column 0 1 2 00 r[2]=
REG[2] = i:113
28 Goto 0 31 0 00 
31 Close 0 0 0 00 
32 Goto 0 1 0 00 
1 OpenWrite 0 5 0 4 00 root=5 iDb=0; t1
2 NewRowid 0 4 2 00 r[4]=rowid
REG[2] = i:113
REG[4] = i:114
3 MemMax 2 4 0 00 r[2]=max(r[2],r[4])
REG[4] = i:114
4 SoftNull 5 0 0 00 r[5]=NULL
5 Integer 1111 6 0 00 r[6]=1111
REG[6] = i:1111
6 String8 0 7 0 abc 00 r[7]='abc'
REG[7] = t3[abc](8)
7 String8 0 8 0 abc 00 r[8]='abc'
REG[8] = t3[abc](8)
8 MakeRecord 5 4 9 DDBB 00 r[9]=mkrec(r[5..8])
REG[9] = s13[05000213130457616263616263......Wabcabc](8)
9 Insert 0 9 4 t1 1B intkey=r[4] data=r[9]
REG[9] = s13[05000213130457616263616263......Wabcabc](8)
REG[4] = i:114
10 Close 0 0 0 00 
11 OpenWrite 0 3 0 2 00 root=3 iDb=0; sqlite_sequence
12 NotNull 3 14 0 00 if r[3]!=NULL goto 14
REG[3] = i:3
14 MakeRecord 1 2 10 00 r[10]=mkrec(r[1..2])
REG[10] = s6[031101743172...t1r](8)
15 Insert 0 10 3 08 intkey=r[3] data=r[10]
REG[10] = s6[031101743172...t1r](8)
REG[3] = i:3
16 Halt 0 0 0 00

(2)SELECT
sqlite> explain select rowid,user_id,c2 from t1 where rowid=112;
0|Init|0|12|0||00|Start at 12
1|OpenRead|0|5|0|4|00|root=5 iDb=0; t1
2|Explain|0|0|0|SEARCH TABLE t1 USING INTEGER PRIMARY KEY (rowid=?)|00|
3|Integer|112|1|0||00|r[1]=112
4|MustBeInt|1|10|0||00|
r[p1]中的值必需为int，或可以转为int，如果不能跳转到10。
5|NotExists|0|10|1||00|intkey=r[1]; pk
P3是rowid，查找表，判断是否有rowid记录，如果没有，则跳转10
6|Copy|1|2|0||00|r[2]=r[1]
7|Column|0|1|3||00|r[3]=t1.user_id
读取第1列到寄存器r[3]
8|Column|0|3|4||00|r[4]=t1.c2
读取第3列到寄存器r[4]
9|ResultRow|2|3|0||00|output=r[2..4]
生成结果集
10|Close|0|0|0||00|
11|Halt|0|0|0||00|
关闭所有打开的游标，P1是返回给用户的错误码，根据P2值确定是否需要rollback。
12|Transaction|0|0|7|0|01|
13|TableLock|0|5|0|t1|00|iDb=0 root=5 write=0
14|Goto|0|1|0||00|

(3)UPDATE
sqlite> explain update t1 set user_id=888 where rowid=111;
addr|opcode|p1|p2|p3|p4|p5|comment
0|Init|0|16|0||00|Start at 16
1|Null|0|1|2||00|r[1..2]=NULL
2|OpenWrite|0|5|0|4|00|root=5 iDb=0; t1
打开写游标
3|Explain|0|0|0|SEARCH TABLE t1 USING INTEGER PRIMARY KEY (rowid=?)|00|
4|Integer|111|7|0||00|r[7]=111
5|MustBeInt|7|8|0||00|
6|NotExists|0|8|7||00|intkey=r[7]; pk
查不到则跳转8
7|Rowid|0|2|0||00|r[2]=rowid
8|IsNull|2|15|0||00|if r[2]==NULL goto 15
没有找到，跳转15结束
9|Null|0|3|0||00|r[3]=NULL
10|Integer|888|4|0||00|r[4]=888
11|Column|0|2|5||00|r[5]=t1.c1
12|Column|0|3|6||00|r[6]=t1.c2
13|MakeRecord|3|4|8|DDBB|00|r[8]=mkrec(r[3..6])
新建record
14|Insert|0|8|2|t1|05|intkey=r[2] data=r[8]
同一个rowid，进行覆盖。
15|Halt|0|0|0||00|
16|Transaction|0|1|7|0|01|
开启写事务
17|TableLock|0|5|1|t1|00|iDb=0 root=5 write=1
对表t1上写锁
18|Goto|0|1|0||00|

(4)DELETE
sqlite> explain delete from t1 where rowid=111;
addr|opcode|p1|p2|p3|p4|p5|comment
0|Init|0|11|0||00|Start at 11
1|Null|0|1|0||00|r[1]=NULL
2|OpenWrite|0|5|0|4|00|root=5 iDb=0; t1
3|Explain|0|0|0|SEARCH TABLE t1 USING INTEGER PRIMARY KEY (rowid=?)|00|
4|Integer|111|2|0||00|r[2]=111
5|MustBeInt|2|8|0||00|
6|NotExists|0|8|2||00|intkey=r[2]; pk
7|Goto|0|9|0||00|
8|Goto|0|10|0||00|
9|Delete|0|1|0|t1|00|
删除游标所指的记录
10|Halt|0|0|0||00|
11|Transaction|0|1|7|0|01|
12|TableLock|0|5|1|t1|00|iDb=0 root=5 write=1
13|Goto|0|1|0||00|

小结
      通过上面的INSERT，SELECT，UPDATE，DELETE语句，我简单介绍了语句中包含的指令，以及指令的含义。经过这个过程，相信大家对SQLite执行流程有了更深的认识，也更能理解指令是如何存取数据的。SQLite中总共包含了100多条指令，对于每条指令的详细含义可以参考官方文档：https://www.sqlite.org/opcode.html