Greenplum 数据分布黄金法则 - 论分布列与分区的选择-阿里云开发者社区

背景

阿里云ApsaraDB for Greenplum公测以来，已经收到好多用户的公测申请。

要使用Greenplum，登陆到数据库后第一件事当然是建表，然后倒入数据开测。

大部分用户以前是使用MySQL的，并没有接触过Greenplum，语法需要适应一下。

例如MySQL中的建表语句

DROP TABLE IF EXISTS  `ab01`;
CREATE TABLE `ab01` (
  `aab001` bigint(10) NOT NULL ,
  `aab007` varchar(50) DEFAULT NULL ,
  `aab008` decimal(14,0) DEFAULT NULL ,
  `create_time` datetime NOT NULL ,
  `deleteedflag` bit(1) DEFAULT b'0' ,
  PRIMARY KEY (`aab001`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 ;

在Greenplum中可以写成

DROP TABLE IF EXISTS  ab01;
CREATE TABLE ab01 (
  aab001 int8 NOT NULL ,
  aab007 varchar(50) DEFAULT NULL ,
  aab008 decimal(14,0) DEFAULT NULL ,  -- 长度 <=15 的decimal建议替换成float8, 运算效率比decimal高
  create_time timestamp(0) NOT NULL ,
  deleteedflag bit(1) DEFAULT b'0' ,
  PRIMARY KEY (aab001)
) ;

Greenplum完整的建表语法参考本文末尾。

分布列选择黄金法则

由于Greenplum是一个分布式的数据库，数据是分散存储在各个数据节点的，所以需要告诉Greenplum数据应该如何分布。

短板效应

当用户请求QUERY时，Greenplum会在所有的节点并行执行，所以最慢的节点会成为整个系统的瓶颈。

Greenplum 支持的分布算法 :

用户可以指定 分布列(允许指定多个列) ，或者使用 随机分布 算法。

那么用户应该如何选择分布列，或者是否要使用随机分布算法呢？

总结起来，需要考虑以下几点

JOIN
当JOIN的列都是分布列时，不需要重分布或广播小表，可以在segment内完成JOIN。

screenshot
两个表在JOIN时，如果JOIN列不是表的分布列，那么其中一个更小的表会发生数据重分布，或者broadcast，以继续完成JOIN的动作。
例如a和b都是随机分布的，在JOIN时，要么广播小表，要么两个表都根据JOIN 列重分布。

例如a和b，其中a是JOIN列分布，b不是，那么b可以选择广播，或者重分布。
screenshot
重分布或广播的动作都是自动完成的，但是这样一定会带来额外的网络开销。

想象一下，如果你的QUERY并发很高，而且大量的QUERY中涉及到JOIN的数据重分布或broadcast的话，网络很快就会成为瓶颈。

法则1，分布列尽量选择需要经常JOIN的列，这类查询的并发越高，越应该考虑。

防止数据倾斜
Greenplum依据指定的分布列，hash取模存放到对应的segment中。

如果选择的分布列值分布不均匀，就可能导致数据倾斜，某些segment可能非常大，而某些segment非常小。

数据倾斜的显著危害，1. 空间不均匀，不好规划存储。2. 数据分布过多的节点，容易成为整个系统的短板。

法则2，尽量选择分布均匀的列，或者多列

高并发查询，选择性好
如果数据经常被高并发的键值或离散查询，建议将查询条件的列作为分布列，这样不需要连接到所有的segment去查，可以大大提高并发能力。

例子

aa01 的分布列是aaz499

查询分布列时，定位到一个segment查询

postgres=# explain analyze select * from aa01 where aaz499=1;
                                    QUERY PLAN                                    
----------------------------------------------------------------------------------
 Gather Motion 1:1  (slice1; segments: 1)  (cost=0.00..120.00 rows=1 width=1973)
   Rows out:  0 rows at destination with 1.352 ms to end, start offset by 144 ms.
   ->  Seq Scan on aa01  (cost=0.00..120.00 rows=1 width=1973)
         Filter: aaz499 = 1
         Rows out:  0 rows with 0.031 ms to end, start offset by 145 ms.
 Slice statistics:
   (slice0)    Executor memory: 330K bytes.
   (slice1)    Executor memory: 176K bytes (seg10).
 Statement statistics:
   Memory used: 128000K bytes
 Optimizer status: legacy query optimizer
 Total runtime: 145.822 ms
(12 rows)

查询非分布列，需要所有的segment参与查询

postgres=# explain analyze select * from aa01 where cae007='t';
                                     QUERY PLAN                                     
------------------------------------------------------------------------------------
 Gather Motion 16:1  (slice1; segments: 16)  (cost=0.00..120.00 rows=2 width=1973)
   Rows out:  0 rows at destination with 2.001 ms to end, start offset by 146 ms.
   ->  Seq Scan on aa01  (cost=0.00..120.00 rows=1 width=1973)
         Filter: cae007::text = 't'::text
         Rows out:  0 rows (seg0) with 0.047 ms to end, start offset by 147 ms.
 Slice statistics:
   (slice0)    Executor memory: 330K bytes.
   (slice1)    Executor memory: 176K bytes avg x 16 workers, 176K bytes max (seg0).
 Statement statistics:
   Memory used: 128000K bytes
 Optimizer status: legacy query optimizer
 Total runtime: 147.813 ms
(12 rows)

法则3，尽量选择高并发查询的条件列（指该查询条件产生的中间结果集小的，如果中间结果集很大，那就让所有节点都来参与运算更好，因此不选），如果有多个条件，请先权衡前面的法则

法则4，不要轻易使用随机分布

分区黄金法则

目前Greenplum支持LIST和RANGE两种分区类型。

分区的目的是尽可能的缩小QUERY需要扫描的数据量，因此必须和查询条件相关联。

法则1，尽量选择和查询条件相关的字段，缩小QUERY需要扫描的数据

法则2，当有多个查询条件时，可以使用子分区，进一步缩小需要扫描的数据

例子，一个用户发起了带两个查询条件col1=xx and col2 between ?1 and ?2 的请求，通过分区，如果表已经根据col1进行了LIST分区，同时根据col2进行了range的分区，那么查询范围可以大大的缩小。
screenshot

小结

分布列选择法则
原则，避免短板效应。

法则1，分布列尽量选择需要经常JOIN的列，这类查询的并发越高，越应该考虑。

法则2，尽量选择分布均匀的列，或者多列

法则4，不要轻易使用随机分布

分区法则
原则，缩小查询范围。

法则1，尽量选择和查询条件相关的字段，缩小QUERY需要扫描的数据

法则2，当有多个查询条件时，可以使用子分区，进一步缩小需要扫描的数据

参考

《阿里云ApsaraDB RDS用户 - OLAP最佳实践》
https://yq.aliyun.com/articles/57778

《Greenplum资源隔离指南》
https://yq.aliyun.com/articles/57763

《三张图读懂Greenplum在企业的正确使用姿势》
https://yq.aliyun.com/articles/57736

《Greenplum 公测申请页面》
https://www.aliyun.com/product/gpdb?spm=5176.7960203.237031.39.3xWeRa

Greenplum完整的建表语法如下 :

Command:     CREATE TABLE
Description: define a new table
Syntax:
CREATE [[GLOBAL | LOCAL] {TEMPORARY | TEMP}] TABLE table_name ( 
[ { column_name data_type [ DEFAULT default_expr ]     [column_constraint [ ... ]
[ ENCODING ( storage_directive [,...] ) ]
] 
   | table_constraint
   | LIKE other_table [{INCLUDING | EXCLUDING} 
                      {DEFAULTS | CONSTRAINTS}] ...}
   [, ... ] ]
   [column_reference_storage_directive [, ... ]
   )
   [ INHERITS ( parent_table [, ... ] ) ]
   [ WITH ( storage_parameter=value [, ... ] )
   [ ON COMMIT {PRESERVE ROWS | DELETE ROWS | DROP} ]
   [ TABLESPACE tablespace ]
   [ DISTRIBUTED BY (column, [ ... ] ) | DISTRIBUTED RANDOMLY ]  -- 分布算法的选择
   [ PARTITION BY partition_type (column)
       [ SUBPARTITION BY partition_type (column) ] 
          [ SUBPARTITION TEMPLATE ( template_spec ) ]
       [...]
    ( partition_spec ) 
        | [ SUBPARTITION BY partition_type (column) ]
          [...]
    ( partition_spec 
      [ ( subpartition_spec 
           [(...)] 
         ) ] 
    )
where storage_parameter is:
   APPENDONLY={TRUE|FALSE}
   BLOCKSIZE={8192-2097152}
   ORIENTATION={COLUMN|ROW}
   COMPRESSTYPE={ZLIB|QUICKLZ|RLE_TYPE|NONE}
   COMPRESSLEVEL={0-9}
   CHECKSUM={TRUE|FALSE}
   FILLFACTOR={10-100}
   OIDS[=TRUE|FALSE]
where column_constraint is:
   [CONSTRAINT constraint_name]
   NOT NULL | NULL 
   | UNIQUE [USING INDEX TABLESPACE tablespace]
            [WITH ( FILLFACTOR = value )]
   | PRIMARY KEY [USING INDEX TABLESPACE tablespace] 
                 [WITH ( FILLFACTOR = value )]
   | CHECK ( expression )
and table_constraint is:
   [CONSTRAINT constraint_name]
   UNIQUE ( column_name [, ... ] )
          [USING INDEX TABLESPACE tablespace] 
          [WITH ( FILLFACTOR=value )] 
   | PRIMARY KEY ( column_name [, ... ] ) 
                 [USING INDEX TABLESPACE tablespace] 
                 [WITH ( FILLFACTOR=value )] 
   | CHECK ( expression )
where partition_type is:
    LIST
  | RANGE
where partition_specification is:
partition_element [, ...]
and partition_element is:
   DEFAULT PARTITION name
  | [PARTITION name] VALUES (list_value [,...] )
  | [PARTITION name] 
     START ([datatype] 'start_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE]
     [ END ([datatype] 'end_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE] ]
     [ EVERY ([datatype] [number | INTERVAL] 'interval_value') ]
  | [PARTITION name] 
     END ([datatype] 'end_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE]
     [ EVERY ([datatype] [number | INTERVAL] 'interval_value') ]
[ WITH ( partition_storage_parameter=value [, ... ] ) ]
[column_reference_storage_directive [, ...] ]
[ TABLESPACE tablespace ]
where subpartition_spec or template_spec is:
subpartition_element [, ...]
and subpartition_element is:
   DEFAULT SUBPARTITION name
  | [SUBPARTITION name] VALUES (list_value [,...] )
  | [SUBPARTITION name] 
     START ([datatype] 'start_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE]
     [ END ([datatype] 'end_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE] ]
     [ EVERY ([datatype] [number | INTERVAL] 'interval_value') ]
  | [SUBPARTITION name] 
     END ([datatype] 'end_value') [INCLUSIVE | EXCLUSIVE]
     [ EVERY ([datatype] [number | INTERVAL] 'interval_value') ]
[ WITH ( partition_storage_parameter=value [, ... ] ) ]
[column_reference_storage_directive [, ...] ]
[ TABLESPACE tablespace ]
where storage_directive is:
   COMPRESSTYPE={ZLIB | QUICKLZ | RLE_TYPE | NONE} 
 | COMPRESSLEVEL={0-9} 
 | BLOCKSIZE={8192-2097152}
Where column_reference_storage_directive is:
   COLUMN column_name ENCODING ( storage_directive [, ... ] ), ... 
 | DEFAULT COLUMN ENCODING ( storage_directive [, ... ] )

祝大家玩得开心，欢迎随时来 阿里云促膝长谈 业务需求，恭候光临。

阿里云的小伙伴们加油，努力做 最贴地气的云数据库 。

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