【保存版】PostgreSQLでJSON配列を操る！検索、部分一致、完全一致、高度な検索まで徹底解説

2024-05-20

JSON 配列内の要素を検索するためのインデックス - SQL、JSON、PostgreSQL を用いた詳細解説

このチュートリアルでは、SQL、JSON、PostgreSQL を使用して JSON 配列内の要素を効率的に検索する方法について解説します。 JSON は、現代の Web アプリケーションで広く使用されているデータ形式であり、柔軟性と表現力に富んでいます。一方、PostgreSQL は、高度な機能とスケーラビリティを備えた強力なオープンソースのリレーショナルデータベースです。

JSON 配列は、角括弧 [] で囲まれた一連の値で構成されます。各値はカンマ [,] で区切られます。値は、文字列、数値、ブール値、他の JSON オブジェクト、さらには他の JSON 配列など、さまざまなデータ型ることができます。

[1, "りんご", true, {"name": "太郎", "age": 30}, ["東京", "大阪", "京都"]]

基本的な検索方法

PostgreSQL には、JSON 配列を操作するためのいくつかの組み込み関数があります。最も基本的な方法は、@> 演算子を使用することです。この演算子は、JSON 配列内の要素を指定されたインデックスで参照します。

SELECT data->'value' @> 2 AS result
FROM mytable;

このクエリは、mytable テーブルの data 列にある JSON 配列の 3 番目の要素を取得します。

部分一致検索

jsonb_array_elements() 関数を使用して、部分一致検索を実行できます。この関数は、JSON 配列内の各要素をイテレータとして返し、各要素に対して指定した条件を評価します。

SELECT data->'value' @> element
FROM mytable,
     jsonb_array_elements(data->'value') AS element
WHERE element LIKE '%りんご%';

jsonb_contains() 関数を使用して、完全一致検索を実行できます。この関数は、JSON 配列内に指定した値が存在するかどうかをブール値で返します。

SELECT data->'value' @> element
FROM mytable,
     jsonb_array_elements(data->'value') AS element
WHERE jsonb_contains(element, 'りんご');

高度な検索

上記の方法は、基本的な検索操作にのみ適用されます。より複雑な検索ロジックの場合は、jsonb_query() 関数を使用する必要があります。この関数は、JSONPath 式を使用して JSON データをクエリできます。 JSONPath は、XPath に似たクエリ言語であり、JSON データ構造をナビゲートして特定の要素を抽出するために使用できます。

SELECT jsonb_query(data, '$.value[?(@.name == "太郎")]') AS result
FROM mytable;

インデックスの重要性

JSON 配列を頻繁に検索する場合は、パフォーマンスを向上させるためにインデックスを作成することが重要です。 PostgreSQL は、JSON データに対して B-tree インデックスとハッシュインデックスの両方をサポートしています。

B-tree インデックスは、順序付けられたデータに適しています。一方、ハッシュインデックスは、等価比較に適しています。

CREATE INDEX idx_data_value ON mytable USING btree (data->'value');

まとめ

このチュートリアルでは、SQL、JSON、PostgreSQL を使用して JSON 配列内の要素を検索する方法について説明しました。基本的な検索方法から、高度な検索ロジックとインデックスの使用まで、さまざまなトピックを網羅しました。

このチュートリアルで学んだ知識を活用して、JSON データを効率的に処理し、アプリケーションのパフォーマンスを向上させ

-- サンプルデータの作成
CREATE TABLE mytable (
  id serial PRIMARY KEY,
  data jsonb
);

INSERT INTO mytable (data)
VALUES
  ('{"name": "佐藤", "age": 30, "fruits": ["りんご", "ぶどう", "みかん"]}' ),
  ('{"name": "田中", "age": 25, "fruits": ["バナナ", "イチゴ", "キウイ"]}' ),
  ('{"name": "鈴木", "age": 40, "fruits": ["パイナップル", "メロン", "桃"]}');

-- 基本的な検索
SELECT id, data->'name' AS name, data->'age' AS age
FROM mytable;

-- 部分一致検索
SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
FROM mytable
WHERE data->'fruits' @> jsonb_array_elements('%"りんご"%');

-- 完全一致検索
SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
FROM mytable
WHERE jsonb_contains(data->'fruits', '["りんご"]');

-- 高度な検索
SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
FROM mytable
WHERE jsonb_query(data, '$.fruits[?(@ == "りんご")]') IS NOT NULL;

-- インデックスの作成
CREATE INDEX idx_data_value ON mytable USING btree (data->'fruits');

このサンプルコードは、以下の内容を説明しています。

mytable という名前のテーブルを作成し、id 列と data 列を定義します。 id 列は主キーとして宣言されます。 data 列は JSONB データ型で、JSON データを格納します。
サンプルデータを mytable テーブルに挿入します。このデータには、3 人のユーザーとその年齢、および好きな果物のリストが含まれています。
基本的な検索を実行します。このクエリは、id 列、name 列 (data 列から抽出された)、および age 列 (data 列から抽出された) を選択します。
部分一致検索を実行します。このクエリは、fruits 配列内に "りんご" を含むすべてのレコードを選択します。
高度な検索を実行します。このクエリは、fruits 配列内に "りんご" が完全に一致するすべてのレコードを選択します。 JSONPath 式 $.fruits[?(@ == "りんご")] は、"りんご" に一致するすべての要素を含む fruits 配列内のすべてのオブジェクトを選択します。
fruits 配列に対して B-tree インデックスを作成します。このインデックスは、fruits 配列を効率的に検索するのに役立ちます。

このサンプルコードは、SQL、JSON、PostgreSQL を使用して JSON 配列内の要素を検索する方法を理解するための出発点として役立ちます。

JSON 配列内の要素を検索するその他の方法

jsonb_array_length() 関数は、JSON 配列の長さを返します。この関数を使用して、ループを介して配列内の各要素をイテレートできます。

SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
FROM mytable;
LOOP
  FOREACH row IN SELECT * FROM mytable;
    PERFORM EXECUTE PROCEDURE sp_iterate_json_array(row.data->'fruits', 'f');
  END LOOP;
END LOOP;

CREATE OR REPLACE FUNCTION sp_iterate_json_array(p_json jsonb, p_path text)
RETURNS TABLE AS $$
DECLARE
  v_fruit jsonb;
BEGIN
  FOR v_fruit IN SELECT jsonb_array_elements(p_json)
  LOOP
    RAISE NOTICE 'fruit: %', v_fruit;
  END LOOP;
END $$ LANGUAGE plpgsql;

jsonb_each() 関数は、JSON オブジェクトまたは配列の各キーと値のペアをイテレータとして返します。この関数を使用して、配列内の各要素を処理できます。

SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
FROM mytable;
LOOP
  FOREACH row IN SELECT * FROM mytable;
    PERFORM EXECUTE PROCEDURE sp_iterate_json_object(row.data);
  END LOOP;
END LOOP;

CREATE OR REPLACE FUNCTION sp_iterate_json_object(p_json jsonb)
RETURNS TABLE AS $$
DECLARE
  v_key text;
  v_value jsonb;
BEGIN
  FOR v_key, v_value IN SELECT * FROM jsonb_each(p_json)
  LOOP
    IF v_key = 'fruits' THEN
      RAISE NOTICE 'fruit: %', v_value;
    END IF;
  END LOOP;
END $$ LANGUAGE plpgsql;

リカーシブ CTE (Common Table Expression) を使用して、ネストされた JSON 構造をクエリできます。この方法は、複雑な JSON データ構造を処理する場合に役立ちます。

WITH RECURSIVE fruits AS (
  SELECT id, data->'name' AS name, data->'fruits' AS fruits
  FROM mytable
  UNION ALL
  SELECT c.id, c.data->'name' AS name, c.data->'fruits' AS fruits
  FROM mytable AS t
  JOIN fruits AS c ON t.id = c.fruits @> jsonb_array_elements(c.fruits)
)
SELECT * FROM fruits;

外部ライブラリ

PostgreSQL には、JSON データを処理するためのいくつかの外部ライブラリがあります。これらのライブラリは、より高度な機能を提供する場合があり、複雑なクエリを記述するのに役立ちます。

これらの方法は、それぞれ長所と短所があります。状況に応じて適切な方法を選択する必要があります。

JSON 配列内の要素を検索するには、さまざまな方法があります。基本的な検索には、@> 演算子、jsonb_array_elements() 関数、または jsonb_contains() 関数が使用できます。より複雑な検索には、jsonb_array_length() 関数、jsonb_each() 関数、リカーシブ CTE、または外部ライブラリを使用できます。

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