数据库内核那些事|细说PolarDB优化器查询变换:IN-List变换

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: 数据库内核那些事|细说PolarDB优化器查询变换:IN-List变换

image.png

导读

数据库的查询优化器是整个系统的"大脑",一条SQL语句执行是否高效在不同的优化决策下可能会产生几个数量级的性能差异,因此优化器也是数据库系统中最为核心的组件和竞争力之一。阿里云瑶池旗下的云原生数据库PolarDB MySQL版作为领先的云原生数据库,希望能够应对广泛用户场景、承接各类用户负载,助力企业数据业务持续在线、数据价值不断放大,因此对优化器能力的打磨是必须要做的工作之一。

本系列将从PolarDB for MySQL的查询变换能力开始,介绍我们在这个优化器方向上逐步积累的一些工作。


引言

PolarDB MySQL作为一款HTAP数据库,在复杂SQL查询优化能力上做了很多深入工作。早期用户SQL都非常简单,MySQL单机能力也有限。随着业务数据越来越多,业务场景越来越复杂,迫切需要越来越强大的数据库来满足统计、报表需求。

PolarDB在并行能力、查询变换能力、优化器等方面都做了非常深入的工作,这些工作有一个总目标:让用户的复杂查询执行得越来越快。本篇文章将对PolarDB的IN-List变换进行深入阐述,从而让我们对PolarDB的查询改写能力有更感性的认知。下面是一个常见的慢SQL:in函数运算,里面的常量比较多。

select        sum(l_extendedprice) / 7.0 as avg_yearly
from
        lineitem
        where
            l_partkey in (
9628136,19958441,10528766,.......); #in list里面有上千个常量值。

SQL语句是常见的单表过滤查询,然后进行agg汇总,实际执行耗时比较长,执行比较慢的原因是IN-List里面有上千个常量值。


原生MySQL

原生的MySQL执行计划如下:

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| EXPLAIN                                                                                           |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| -> Aggregate: sum(lineitem.L_EXTENDEDPRICE)
    -> Filter: (lineitem.L_PARTKEY in (9628136,19958441,10528766,....) (cost=60858714.81 rows=297355930)
        -> Table scan on lineitem  (cost=60858714.81 rows=594711859)
|
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+

执行过程是线性scan lineitem 5.9亿条数据,逐条去判断是不是在IN-List里面,这个算子是Item_func_in,in集合元素个数比较多,我们使用10W常量值进行测试,这个算子做求值运算耗时较长,整体完成需要 375s。

具体看下Item_func_in代码执行逻辑:

判断是否可以二分查找,如可以二分查找,将IN-List转成有序数组;

如果产生了有序数组,则执行时优先尝试二分查找;

否则,线性scan,逐一判断左表达式是否等于IN-List里面的item。

可以看到求值逻辑已经是教优的了,这个算子基本没有优化空间了。主要是外层循环次数太多,如果能减少外层的大loop,那么就能降低延时。


PolarDB

PolarDB解决问题的思路是对该SQL做查询变换, 把IN-List转变成一张物化表,加入join list,具体变换过程如下:

Step 1:转成in子查询,上述SQL改写为

select ... from lineitem where l_partkey in (...)
====>
select ... from lineitem where l_partkey in
 (select dt._col_1 from (values (9628136),(19958441),...) dt)

Step 2:SubQuery Unnest-消除子查询

子查询已经是非相关的,通过SU技术,可以消除子查询,转化为semi-join。物化表经过去重,并且Join列非空,进而可以转化为inner-join。

SQL将继续改写为:

====>
select ... from lineitem, (values (9628136),(19958441),...) dt) where l_partkey = dt._col_1

通过这种变换能到得如下好处:

不用逐条去做filter,因为MySQL执行器是火山模型,增加了一个filter算子就增加了一层虚函数调用;

Join有join buffer,可以一个batch一个batch参与Join,这是转成join list的一个好处;

转成join list,join的优化非常多,如join order&access path,总能选到更优plan。

最后执行的plan如下:

+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| EXPLAIN                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| -> Aggregate: sum(lineitem.L_EXTENDEDPRICE)
    -> Nested loop inner join
        -> Table scan on dt
            -> Materialize with deduplication
                -> scan on in-list: 100000 rows
        -> Index lookup on lineitem using LINEITEM_FK2 (L_PARTKEY=dt._col_1), with index condition: (lineitem.L_PARTKEY = dt._col_1)  (cost=7.34 rows=29)

物化表数据量少,作为外表,inner-join成功使用lineitem索引,只要扫10万条物化表记录,然后再使用LINEITEM_FK2索引进行连接,整条SQL执行下来只需要32s。

测试效果

PolarDB IN-List优化后在 TPCH 100G 数据集上比原生方式提升11.5倍,又因为PolarDB支持并行查询,32并行度模式下提升上百倍。

image.png


总结

原理上,PolarDB做完IN-List转换为Join-List后,能得到如下两方面的提升:

 IN-List里面的常量都经过物化去重,基数可能会有不小的下降,这取决于重复值;

 IN-List消去,变成了一张物化表,参与Join-List后,有更多access path选择,比如选择更好的index,更多的Join方式:hash join还是nest loop join。

细微之处见真功夫,做IN-List转换还要完成其他工作,如需要适配prepare statement协议、适配并行查询协议等,PolarDB在云数据库市场能做到特性遥遥领先,离不开背后工程师们坚持客户价值第一的初心,后续我们将介绍更多查询改写相关内容,敬请期待。

相关实践学习
如何在云端创建MySQL数据库
开始实验后,系统会自动创建一台自建MySQL的 源数据库 ECS 实例和一台 目标数据库 RDS。
全面了解阿里云能为你做什么
阿里云在全球各地部署高效节能的绿色数据中心,利用清洁计算为万物互联的新世界提供源源不断的能源动力,目前开服的区域包括中国(华北、华东、华南、香港)、新加坡、美国(美东、美西)、欧洲、中东、澳大利亚、日本。目前阿里云的产品涵盖弹性计算、数据库、存储与CDN、分析与搜索、云通信、网络、管理与监控、应用服务、互联网中间件、移动服务、视频服务等。通过本课程,来了解阿里云能够为你的业务带来哪些帮助     相关的阿里云产品:云服务器ECS 云服务器 ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,助您降低 IT 成本,提升运维效率,使您更专注于核心业务创新。产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
目录
相关文章
|
14天前
|
存储 缓存 固态存储
怎么让数据库查询更快
【10月更文挑战第28天】
24 2
|
16天前
|
存储 缓存 关系型数据库
怎么让数据库查询更快
【10月更文挑战第25天】通过以上综合的方法,可以有效地提高数据库查询的速度,提升应用程序的性能和响应速度。但在优化过程中,需要根据具体的数据库系统、应用场景和数据特点进行合理的调整和测试,以找到最适合的优化方案。
|
15天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
数据库优化:MySQL索引策略与查询性能调优实战
【10月更文挑战第27天】本文深入探讨了MySQL的索引策略和查询性能调优技巧。通过介绍B-Tree索引、哈希索引和全文索引等不同类型,以及如何创建和维护索引,结合实战案例分析查询执行计划,帮助读者掌握提升查询性能的方法。定期优化索引和调整查询语句是提高数据库性能的关键。
81 1
|
17天前
|
存储 关系型数据库 MySQL
查询服务器CPU、内存、磁盘、网络IO、队列、数据库占用空间等等信息
查询服务器CPU、内存、磁盘、网络IO、队列、数据库占用空间等等信息
191 2
|
13天前
|
关系型数据库 分布式数据库 数据库
锦鲤附体 | PolarDB数据库创新设计赛,好礼不停!
锦鲤附体 | PolarDB数据库创新设计赛,好礼不停!
|
16天前
|
监控 关系型数据库 MySQL
数据库优化:MySQL索引策略与查询性能调优实战
【10月更文挑战第26天】数据库作为现代应用系统的核心组件,其性能优化至关重要。本文主要探讨MySQL的索引策略与查询性能调优。通过合理创建索引(如B-Tree、复合索引)和优化查询语句(如使用EXPLAIN、优化分页查询),可以显著提升数据库的响应速度和稳定性。实践中还需定期审查慢查询日志,持续优化性能。
47 0
|
8天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
go语言数据库中mysql驱动安装
【11月更文挑战第2天】
23 4
|
6天前
|
SQL 关系型数据库 MySQL
12 PHP配置数据库MySQL
路老师分享了PHP操作MySQL数据库的方法,包括安装并连接MySQL服务器、选择数据库、执行SQL语句(如插入、更新、删除和查询),以及将结果集返回到数组。通过具体示例代码,详细介绍了每一步的操作流程,帮助读者快速入门PHP与MySQL的交互。
19 1
|
1月前
|
存储 关系型数据库 MySQL
Mysql(4)—数据库索引
数据库索引是用于提高数据检索效率的数据结构,类似于书籍中的索引。它允许用户快速找到数据,而无需扫描整个表。MySQL中的索引可以显著提升查询速度,使数据库操作更加高效。索引的发展经历了从无索引、简单索引到B-树、哈希索引、位图索引、全文索引等多个阶段。
61 3
Mysql(4)—数据库索引
|
17天前
|
关系型数据库 MySQL Linux
在 CentOS 7 中通过编译源码方式安装 MySQL 数据库的详细步骤,包括准备工作、下载源码、编译安装、配置 MySQL 服务、登录设置等。
本文介绍了在 CentOS 7 中通过编译源码方式安装 MySQL 数据库的详细步骤,包括准备工作、下载源码、编译安装、配置 MySQL 服务、登录设置等。同时,文章还对比了编译源码安装与使用 RPM 包安装的优缺点,帮助读者根据需求选择最合适的方法。通过具体案例,展示了编译源码安装的灵活性和定制性。
59 2

热门文章

最新文章