PostgreSQL查询优化中对消除外连接的处理过程是什么

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本篇内容介绍了“PostgreSQL 查询优化中对消除外连接的处理过程是什么”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让丸趣 TV 小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!


使用的测试脚本:

drop table if exists t_null1;
create table t_null1(c1 int);
insert into t_null1 values(1);
insert into t_null1 values(2);
insert into t_null1 values(null);
drop table if exists t_null2;
create table t_null2(c1 int);
insert into t_null2 values(1);
insert into t_null2 values(null);

一、基本概念

消除外连接的代码注释说明如下:

 /*
 * reduce_outer_joins
 * Attempt to reduce outer joins to plain inner joins.
 *
 * The idea here is that given a query like
 * SELECT ... FROM a LEFT JOIN b ON (...) WHERE b.y = 42;
 * we can reduce the LEFT JOIN to a plain JOIN if the  =  operator in WHERE
 * is strict. The strict operator will always return NULL, causing the outer
 * WHERE to fail, on any row where the LEFT JOIN filled in NULLs for b s
 * columns. Therefore, there s no need for the join to produce null-extended
 * rows in the first place --- which makes it a plain join not an outer join.
 * (This scenario may not be very likely in a query written out by hand, but
 * it s reasonably likely when pushing quals down into complex views.)
 *
 * More generally, an outer join can be reduced in strength if there is a
 * strict qual above it in the qual tree that constrains a Var from the
 * nullable side of the join to be non-null. (For FULL joins this applies
 * to each side separately.)
 *
 * Another transformation we apply here is to recognize cases like
 * SELECT ... FROM a LEFT JOIN b ON (a.x = b.y) WHERE b.y IS NULL;
 * If the join clause is strict for b.y, then only null-extended rows could
 * pass the upper WHERE, and we can conclude that what the query is really
 * specifying is an anti-semijoin. We change the join type from JOIN_LEFT
 * to JOIN_ANTI. The IS NULL clause then becomes redundant, and must be
 * removed to prevent bogus selectivity calculations, but we leave it to
 * distribute_qual_to_rels to get rid of such clauses.
 *
 * Also, we get rid of JOIN_RIGHT cases by flipping them around to become
 * JOIN_LEFT. This saves some code here and in some later planner routines,
 * but the main reason to do it is to not need to invent a JOIN_REVERSE_ANTI
 * join type.
 *
 * To ease recognition of strict qual clauses, we require this routine to be
 * run after expression preprocessing (i.e., qual canonicalization and JOIN
 * alias-var expansion).
 */

有两种类型的外连接可以被消除, 第一种是形如以下形式的语句:
SELECT … FROM a LEFT JOIN b ON (…) WHERE b.y = 42;
这种语句如满足条件可变换为内连接 (INNER_JOIN).
之所以可以变换为内连接, 那是因为这样的语句与内连接处理的结果是一样的, 原因是在 Nullable-Side 端 (需要填充 NULL 值的一端), 存在过滤条件保证这一端不可能是 NULL 值, 比如 IS NOT NULL/y = 42 这类强(strict) 过滤条件.

testdb=# explain verbose select * from t_null1 a left join t_null2 b on a.c1 = b.c1;
 QUERY PLAN 
--------------------------------------------------------------------------------
 Merge Left Join (cost=359.57..860.00 rows=32512 width=8) --  外连接
 Output: a.c1, b.c1
 Merge Cond: (a.c1 = b.c1)
 -  Sort (cost=179.78..186.16 rows=2550 width=4)
 Output: a.c1
 Sort Key: a.c1
 -  Seq Scan on public.t_null1 a (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
 Output: a.c1
 -  Sort (cost=179.78..186.16 rows=2550 width=4)
 Output: b.c1
 Sort Key: b.c1
 -  Seq Scan on public.t_null2 b (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
 Output: b.c1
(13 rows)
testdb=# explain verbose select * from t_null1 a left join t_null2 b on a.c1 = b.c1 where b.c1 = 1;
 QUERY PLAN 
------------------------------------------------------------------------------
 Nested Loop (cost=0.00..85.89 rows=169 width=8) --  外连接 (Left 关键字) 已被消除
 Output: a.c1, b.c1
 -  Seq Scan on public.t_null1 a (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
 Output: a.c1
 Filter: (a.c1 = 1)
 -  Materialize (cost=0.00..41.94 rows=13 width=4)
 Output: b.c1
 -  Seq Scan on public.t_null2 b (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
 Output: b.c1
 Filter: (b.c1 = 1)
(10 rows)

第二种形如:
SELECT … FROM a LEFT JOIN b ON (a.x = b.y) WHERE b.y IS NULL;
这种语句如满足条件可以变换为反半连接 (ANTI-SEMIJOIN).
过滤条件已明确要求 Nullable-Side 端 y IS NULL, 如果连接条件是 a.x = b.y 这类严格 (strict) 的条件, 那么这样的外连接与反半连接的结果是一样的.

testdb=# explain verbose select * from t_null1 a left join t_null2 b on a.c1 = b.c1 where b.c1 is null;
 QUERY PLAN 
--------------------------------------------------------------------------------
 Hash Anti Join (cost=67.38..152.44 rows=1275 width=8) --  变换为反连接
 Output: a.c1, b.c1
 Hash Cond: (a.c1 = b.c1)
 -  Seq Scan on public.t_null1 a (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
 Output: a.c1
 -  Hash (cost=35.50..35.50 rows=2550 width=4)
 Output: b.c1
 -  Seq Scan on public.t_null2 b (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
 Output: b.c1
(9 rows)

值得一提的是, 在 PG 中, 形如 SELECT … FROM a LEFT JOIN b ON (…) WHERE b.y = 42; 这样的 SQL 语句,WHERE b.y = 42 这类条件可以视为连接的上层过滤条件, 在查询树中,Jointree- fromlist(元素类型为 JoinExpr)与 Jointree- quals 处于同一层次, 由于 JoinExpr 中的 quals 为同层条件, 因此其上层即为 Jointree- quals. 有兴趣的可以查看日志输出查看 Query 查询树结构.

二、源码解读

消除外连接的代码在主函数 subquery_planner 中, 通过调用 reduce_outer_joins 函数实现, 代码片段如下:

 /*
 * If we have any outer joins, try to reduce them to plain inner joins.
 * This step is most easily done after we ve done expression
 * preprocessing.
 */
 if (hasOuterJoins)
 reduce_outer_joins(root);

reduce_outer_joins


相关的数据结构和依赖的子函数:
reduce_outer_joins_state

 typedef struct reduce_outer_joins_state
 {
 Relids relids; /* base relids within this subtree */
 bool contains_outer; /* does subtree contain outer join(s)? */
 List *sub_states; /* List of states for subtree components */
 } reduce_outer_joins_state;

BitmapXX

 typedef struct Bitmapset
 {
 int nwords; /* number of words in array */
 bitmapword words[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER]; /* really [nwords] */
 } Bitmapset;
 
 #define WORDNUM(x) ((x) / BITS_PER_BITMAPWORD)
 #define BITNUM(x) ((x) % BITS_PER_BITMAPWORD)
 /* The unit size can be adjusted by changing these three declarations: */
 #define BITS_PER_BITMAPWORD 32
 typedef uint32 bitmapword; /* must be an unsigned type */

 /*
 * bms_make_singleton - build a bitmapset containing a single member
 */
 Bitmapset *
 bms_make_singleton(int x)
 {
 Bitmapset *result;
 int wordnum,
 bitnum;
 
 if (x   0)
 elog(ERROR,  negative bitmapset member not allowed
 wordnum = WORDNUM(x);
 bitnum = BITNUM(x);
 result = (Bitmapset *) palloc0(BITMAPSET_SIZE(wordnum + 1));
 result- nwords = wordnum + 1;
 result- words[wordnum] = ((bitmapword) 1   bitnum);
 return result;
 }

正文完
 
丸趣
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