【MySQL】窗口函数详解（概念+练习+实战）

文章目录

前言
[1. SQL窗口函数](#1. SQL窗口函数)
- [1.1 窗口函数概念](#1.1 窗口函数概念)
- [1.2 窗口函数语法](#1.2 窗口函数语法)
- [1.3 常见窗口函数](#1.3 常见窗口函数)
- - [1.3.1 聚合窗口函数](#1.3.1 聚合窗口函数)
  - [1.3.2 专用窗口函数](#1.3.2 专用窗口函数)
- [1.4 窗口函数性能比较](#1.4 窗口函数性能比较)
[2. LeetCode 例题](#2. LeetCode 例题)
- [2.1 LeetCode SQL 178：分数排名](#2.1 LeetCode SQL 178：分数排名)
- [2.2 LeetCode SQL 184：最高工资](#2.2 LeetCode SQL 184：最高工资)
- [2.3 LeetCode SQL 185：前三工资](#2.3 LeetCode SQL 185：前三工资)
[3. 项目实战](#3. 项目实战)
- [3.1 需求描述](#3.1 需求描述)
- [3.2 SQL 实战](#3.2 SQL 实战)
[4. 补充与总结](#4. 补充与总结)
- [4.1 `ROWS BETWEEN`子句常见关键字含义](#4.1 ROWS BETWEEN子句常见关键字含义)
- [4.2 如何理解窗口函数的"窗口"？](#4.2 如何理解窗口函数的“窗口”？)
- [4.3 总结](#4.3 总结)
参考资料

牛逼的兄弟两个月前教了我一招...

前言

2023年12月下旬，广东终于冷了！回想直到12月15那天，依然穿着短袖上班，吹着风扇空调睡觉... 哈哈，这是截至发文时的一些感受与题外话。天气是冷了，但心中依然热情似火，一是工作业务上又有稍微复杂的业务，有挑战；二是虽然有挑战，但想起牛逼的兄弟@CaptinKoo两个月前教了我一招：SQL窗口函数，业务难题迎刃而解！趁着这次解决难题的热度，将本次学到的窗口函数知识点以及项目实战记录下来，供各位分享。

我个人学习窗口函数主要有两个用处：一是对现有SQL知识的拓展，二是能使用窗口函数对一些特定场景做SQL简化，解决复杂问题。

但在正式开始之前，得事先说明一个前提：
前提

窗口函数是 Mysql 8 的新特性。本文的学习与演示，都基于Mysql 8
学习窗口函数，建议有一定的SQL基础

学习目标

学习并了解SQL窗口函数相关概念
能使用SQL窗口函数解决部分业务场景题目，项目实战
若实际业务用得少，那上述知识了解一下即可，建议收藏本文，用到的时候可以翻出来参考

下面我们开始！

1. SQL窗口函数

这一小节我们介绍窗口函数的一些概念。

1.1 窗口函数概念

概念

窗口函数，也叫OLAP函数（Online Anallytical Processing，联机分析处理），可以对数据库数据进行实时分析处理。

窗口函数在MySQL 8中引入，是Mysql 8的新特性。是一种主要用于数据分析、特定字段分组等的一种特殊的函数。

常见使用场景

数据分析，如排名、排序、分组统计、计算、前后值比较等
对某些分组场景简化SQL，提升效率
常用于子查询，将一些复杂条件简化

1.2 窗口函数语法

窗口函数的语法如下：

复制代码

窗口函数([参数]) OVER (
  [PARTITION BY <分组列>] 
  [ORDER BY <排序列 ASC/DESC>]
  [ROWS BETWEEN 开始行 AND 结束行]
)

PARTITION BY 子句用于指定分组列，关键字：PARTITION BY 。
ORDER BY 子句用于指定排序列，关键字ORDER BY 。
ROWS BETWEEN 子句用于指定窗口的范围，关键字ROWS BETWEEN 即 $开始行$ 、 $结束行$ （这部分在"补充与总结"小节中作补充详细说明）。

其中，ROWS BETWEEN 子句在实际中可能用得相对少一些，因此有部分参考资料的语法描述省略了ROWS BETWEEN 子句，主要侧重于PARTITION BY分组与ORDER BY排序：

复制代码

窗口函数([参数]) OVER (
  [PARTITION BY <分组列>] 
  [ORDER BY <排序列 ASC/DESC>]

也正因此，本文将ROWS BETWEEN 子句相关关键字知识点将会以补充的形式说明，而侧重常用窗口函数的学习与练习，侧重PARTITION BY 子句与ORDER BY子句的使用。

语法举例，设有Order表，查询销售数量总和及其当前行前两行和后两行的销售数量总和：

复制代码

SELECT product_id, order_date, quantity,
       SUM(quantity) OVER (PARTITION BY product_id ORDER BY order_date ROWS BETWEEN 2 PRECEDING AND 2 FOLLOWING) AS sum_surrounding_quantities
FROM orders

这个例子暂时看不懂个没关系，接下来，我们会详细介绍常见窗口函数，并在介绍的过程中举例。之后，上述例子就很好理解了。

1.3 常见窗口函数

本小节介绍常见窗口函数。

若要跟着本文进行练习，则可以参考着创建如下表，本文的例子均基于下表：

设计一个销售数据表。该表包含以下字段：

id ：销售记录的唯一标识符（主键）
product ：产品名称
category ：产品类别
sale_date ：销售日期
quantity ：销售数量
revenue ：销售收入

以下是创建表的DDL以及插入模拟数据的DML

复制代码

CREATE TABLE sales (
  id INT PRIMARY KEY,
  product VARCHAR(50),
  category VARCHAR(50),
  sale_date DATE,
  quantity INT,
  revenue DECIMAL(10, 2)
);

INSERT INTO sales (id, product, category, sale_date, quantity, revenue)
VALUES
  (1, 'Product A', 'Category 1', '2022-01-01', 10, 100.00),
  (2, 'Product B', 'Category 1', '2022-01-01', 5, 50.00),
  (3, 'Product A', 'Category 2', '2022-01-02', 8, 80.00),
  (4, 'Product B', 'Category 2', '2022-01-02', 3, 30.00),
  (5, 'Product A', 'Category 1', '2022-01-03', 12, 120.00),
  (6, 'Product B', 'Category 1', '2022-01-03', 7, 70.00),
  (7, 'Product A', 'Category 2', '2022-01-04', 6, 60.00),
  (8, 'Product B', 'Category 2', '2022-01-04', 4, 40.00);

好的，准备工作完成，下面我们一边学习具体窗口函数并练习吧！

1.3.1 聚合窗口函数

许多窗口函数的教程，通常将常用的窗口函数分为两大类：聚合窗口函数与专用窗口函数。聚合窗口函数的函数名与普通常用聚合函数一致，功能也一致。从使用的角度来讲，与普通聚合函数的区别在于提供了窗口函数的专属子句，来使得数据的分析与获取更简便。主要有如下几个：

函数名

作用

SUM

求和

AVG

求平均值

COUNT

求数量

MAX

求最大值

MIN

求最小值

区别

这个例子演示与普通聚合函数的区别。设我们要求使用一条查询语句，在sales表每行最后一列都加上这一行的产品类别 category的平均销售收入revenue，并且以category顺序排序，即如下图所示：

普通聚合函数的一种解法：

SELECT

t1.*,

t2.avg_revenue FROM sales t1

LEFT JOIN (

SELECT category, AVG(revenue) AS avg_revenue

FROM sales

GROUP BY category

) t2 ON t1.category = t2.category ORDER BY t1.category
聚合窗口函数:

SELECT

sales.*,

AVG( revenue ) OVER ( PARTITION BY category ) AS avg_revenue

FROM

sales

这么一对比，窗口聚合函数简单不少！

1.3.2 专用窗口函数

常见的专用窗口函数

函数名

分类

说明

RANK

排序函数

类似于排名，并列的结果序号可以重复，序号不连续

DENSE_RANK

排序函数

类似于排名，并列的结果序号可以重复，序号连续

ROW_NUMBER

排序函数

对该分组下的所有结果作一个排序，基于该分组给一个行数

PERCENT_RANK

分布函数

每行按照公式 (rank-1) / (rows-1) 进行计算

CUME_DIST

分布函数

分组内小于、等于当前 rank 值的行数 / 分组内总行数

练习

分别对上述表格常见的专用窗口函数进行调用，查看结果。

复制代码

SELECT 
	*,
	RANK() OVER(PARTITION BY category ORDER BY quantity DESC) AS `quantity_rank`,
	DENSE_RANK() OVER(PARTITION BY category ORDER BY product DESC) AS `product_dense_rank`,
	ROW_NUMBER() OVER(PARTITION BY category ORDER BY product DESC) AS `product_row_number`,
	PERCENT_RANK() OVER(PARTITION BY category ORDER BY quantity DESC) AS `quantity_percent_rank`,
	CUME_DIST() OVER(PARTITION BY category ORDER BY quantity DESC) AS `quantity_cume_dist`
FROM sales

至于其它专用窗口函数，请读者自行查阅其它资料做拓展。

1.4 窗口函数性能比较

通过对上面我们对窗口函数的学习与练习，我们一来明白了窗口函数的相关概念、常见窗口函数的使用以及这些窗口函数的作用与效果。也通过窗口函数与一般函数子查询作了一个简单的对比，体现了窗口函数在一些特定需求的强大。那么既然窗口函数如此强大，那么窗口函数的性能对比传统函数、传统子查询与分组的性能相比如何呢？

窗口函数的性能和其它SQL语句一样，受数据量大小、分区复杂度情况等影响。同等数量级的一般情况下：

窗口函数本身内嵌分组，相当于把条件先筛了一遍，可减少部分子查询。减少的子查询部分相当于降低了子查询本身的连接消耗。
窗口函数窗口大小限制，可减少部分行数结果返回消耗。
窗口函数可用于子查询，简化部分语句。但又因为用在了子查询，还是有一定连接开销。
窗口聚合函数在窗口函数原有分区、排序的基础上增加了聚合，且因不会影响行数的关系，比原有分组行数要多，其开销比一般聚合函数开销要大一些，因此窗口聚合函数一般情况下会比普通聚合函数性能差一些。

当然，上述只是理论上的性能初步分析，实际还得视具体的情况而定。

至于窗口函数优化方案，可以以影响窗口函数性能的原因为切入点由因到果进行优化，例如缩小窗口大小限制。篇幅有限，不作详解。详情可参考文末推荐的优秀参考文章。

2. LeetCode 例题

上一小节，我们学习了 SQL 窗口函数的概念，从本小节开始，就是做题练习与实战了！

接下来要列举例题，是 @CaptinKoo 两个月前教我们窗口函数时提供的练习题。让我们跟随 @CaptinKoo 老师的脚步，进行窗口函数练习吧！

2.1 LeetCode SQL 178：分数排名

题目链接
LeetCode-SQL178分数排名链接

题目描述

题解

根据题目描述，我们得知，返回结果序号可重复，连续，因此我们使用DENSE_RANK()函数。

复制代码

SELECT 
    score,
    DENSE_RANK() OVER(ORDER BY score DESC) AS `rank`
FROM Scores 
ORDER BY score DESC

2.2 LeetCode SQL 184：最高工资

题目链接
LeetCode-SQL184部门工资最高的员工

题目描述

题解

根据描述，我们可以通过 RANK 窗口函数对 Employee 表进行排序，获取 rank 值为1 的员工并关联到部门表。

复制代码

SELECT 
    d.name AS Department,
    e.name AS Employee,
    e.salary AS Salary
FROM (
    SELECT 
    name, 
    salary,
    departmentId, 
    RANK() OVER(PARTITION BY departmentId ORDER BY salary DESC) AS `rank`
    FROM Employee
) e 
LEFT JOIN Department d 
    ON e.departmentId = d.id
WHERE e.`rank` = 1

2.3 LeetCode SQL 185：前三工资

题目链接
LeetCode-SQL185部门工资前三高的所有员工

题目描述

题解

有了上面两道题的解题练习，这道题也迎刃而解：

复制代码

SELECT 
    d.name AS Department,
    e.name AS Employee,
    e.salary AS Salary
FROM (
    SELECT 
    name, 
    salary,
    departmentId, 
    DENSE_RANK() OVER(PARTITION BY departmentId ORDER BY salary DESC) AS `rank`
    FROM Employee
) e 
LEFT JOIN Department d 
    ON e.departmentId = d.id
WHERE e.`rank` <= 3

太棒了！我们一下就完成了三道包括中等、困难难度的LeetCode题目，接下来，我们可以将我们学习并练习过的知识点用于项目实战了！

3. 项目实战

本小节是我个人用窗口函数解决实际工作问题的实战记录。涉及的表、字段均已做描述更换，脱敏处理。

3.1 需求描述

已知用户订单评价表order_evaluate有如下字段：

字段名

类型

说明

bigint

评价表主键id

evaluate

text

评价内容

user_id

bigint

用户id

update_time

datetime

更新时间

order_id

bigint

订单id

其中，每个订单可以有多个评价，每个评价都可以修改。业务需要，需要获取当前用户所有订单最近一次评价内容，并返回订单id、最近一次评价的内容。

3.2 SQL 实战

此次实战业务需要根据update_time获取最近一次评论并根据order_id进行分组。

在尚未系统学习窗口函数时，我们第一时间会想到的是传统子查询。

但毕竟实际业务远比这里的脱敏描述要复杂，一时间难以实现，于是我第一时间回顾了@CaptinKoo大佬教我的窗口函数并解决：

复制代码

# 毕竟是Demo，忽略 user_id 条件，实际业务会补充齐全其它条件
SELECT
	t1.order_id,
	evaluate
FROM
	order_evaluate t1
	INNER JOIN ( 
		SELECT id, 
		order_id, 
		ROW_NUMBER() OVER ( PARTITION BY order_id ORDER BY update_time DESC ) AS row_num FROM order_evaluate) t2 ON t1.id = t2.id 
WHERE
	t2.row_num = 1

这条SQL是通过ROW_NUM()函数将工单评价表根据工单分组，更新时间倒序并给它一个行序号。行序号1的就是我们要求的结果。

你能想到用传统子查询实现相同功能的SQL吗？

4. 补充与总结

4.1 `ROWS BETWEEN`子句常见关键字含义

关键字及其含义表

关键字

含义

PRECEDING

当前行数往前

FOLLOWING

当前行数往后

CURRENT ROW

当前行

UNBOUNDED

起点（一般结合PRECEDING，FOLLOWING使用）

UNBOUNDED PRECEDING

表示该窗口最前面的行（起点）

UNBOUNDED FOLLOWING

表示该窗口最后面的行（终点）

此表的知识内容来自于参考文章

根据这个关键字含义表，读者可以理解文初提到的例子了吗？

可选挑战题目

这里提供一题可选的挑战题目链接，是LeetCode困难题目，依然来自@CaptinKoo大佬的推荐，此题的一种解法用到ROWS BETWEEN子句。

LeetCode-601体育馆的人流量

4.2 如何理解窗口函数的"窗口"？

既然这种函数叫"窗口函数"，那么它应该可以像"窗口"一样，通过滚动的方式，获取一定范围内的视图。

而滚动的方式恰恰就是ROWS BETWEEN子句。通过ROWS BETWEEN子句，获取窗口函数结果的范围，从而有给用户"窗口"的感觉。

用术语表达，则是：通过定义帧，决定窗口的大小。

窗口函数定义帧通常有两种方式：RANGE和ROWS, 两者决定窗口帧的边界如何计算。

RANGE 基于排序列的值定义帧
ROWS 基于行数定义帧，不考虑排序列

由于两者用法相似，且一般ROWS BETWEEN 子句会用得多一些，因此本文的语法概述忽略了RANGE子句。此处作为补充，供读者参考。

4.3 总结

本文借由好兄弟@CaptinKoo两个月前教过我的窗口函数知识，截至发文日期顺利解决一个相对比较复杂的业务的故事，记录我从CaptinKoo学到的窗口函数相关知识，以及CaptinKoo大佬推荐的相关习题，以及我个人本次实战的脱敏描述。

通过本文，我们学习到了：

Mysql 窗口函数相关概念：其中，语法结构是重点；
常见窗口函数：聚合窗口函数、专用窗口函数（排序函数、分布函数等）
相关习题与练习
一个实际的练习供大佬们参考
窗口函数"窗口"的体现，ROWS BETWEEN子句相关补充知识点

参考资料

再次感谢@CaptinKoo的指导！

【MySQL】窗口函数详解（概念+练习+实战）

文章目录

牛逼的兄弟两个月前教了我一招...

前言

1. SQL窗口函数

1.1 窗口函数概念

1.2 窗口函数语法

1.3 常见窗口函数

1.3.1 聚合窗口函数

1.3.2 专用窗口函数

1.4 窗口函数性能比较

2. LeetCode 例题

2.1 LeetCode SQL 178：分数排名

2.2 LeetCode SQL 184：最高工资

2.3 LeetCode SQL 185：前三工资

3. 项目实战

3.1 需求描述

3.2 SQL 实战

4. 补充与总结

4.1 ROWS BETWEEN子句常见关键字含义

4.2 如何理解窗口函数的"窗口"？

4.3 总结

参考资料

4.1 `ROWS BETWEEN`子句常见关键字含义