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PostgreSQL LIST、RANGE 表分區的實現方案

簡介

PG分區：就是把邏輯上的一個大表分割成物理上的幾塊。

分區的優點

1. 某些類型的查詢性能得到提升

2. 更新的性能也可以得到提升，因為某塊的索引要比在整個數據集上的索引要小。

3. 批量刪除可以通過簡單的刪除某個分區來實現。

4. 可以將很少用的數據移動到便宜的、轉速慢的存儲介質上。

分區實現原理

10.x版本之前PG表分區的實現原理：PG中是通過表的繼承來實現的，建立一個主表，里面是空的，然后每個分區去繼承它。無論何時，該主表里面都必須是空的

官網建議：只有當表本身大小超過了機器物理內存的實際大小時，才考慮分區。

原分區用法

以繼承表的方式實現：

create table tbl( a int, b varchar(10) ); 
create table tbl_1 ( check ( a = 1000 ) ) INHERITS (tbl); 
create table tbl_2 ( check ( a = 10000 and a >1000 ) ) INHERITS (tbl);
create table tbl_3 ( check ( a = 100000 and a >10000 ) ) INHERITS (tbl);

再通過創建觸發器或者規則，實現數據分發，只需要向子表插入數據則會自動分配到子表中

CREATE OR REPLACE FUNCTION tbl_part_tg() 
RETURNS TRIGGER AS $$ 
BEGIN 
 IF ( NEW. a = 1000 ) THEN 
 INSERT INTO tbl_1 VALUES (NEW.*); 
 ELSIF ( NEW. a > 1000 and NEW.a = 10000 ) THEN 
 INSERT INTO tbl_2 VALUES (NEW.*); 
 ELSIF ( NEW. a > 10000 and NEW.a = 100000 ) THEN 
 INSERT INTO tbl_3 VALUES (NEW.*); 
 ELSIF ( NEW. a > 100000 and NEW.a = 1000000 ) THEN 
 INSERT INTO tbl_4 VALUES (NEW.*); 
 ELSE RAISE EXCEPTION 'data out of range!'; 
 END IF;
 RETURN NULL; 
END;
 $$ 
LANGUAGE plpgsql; 
CREATE TRIGGER insert_tbl_part_tg
  BEFORE INSERT ON tbl 
FOR EACH ROW EXECUTE PROCEDURE tbl_part_tg();

分區創建成功

如何實現分區過濾？

對于分區表來說，如果有50個分區表，對于某個條件的值如果能確定，那么很可能直接過濾掉49個分區，大大提高掃描速度，當然分區表也能放在不同的物理盤上，提高IO速度。

對于查詢是怎么實現分區表過濾呢？

約束排除是否使用約束排除通過postgresql.conf中參數constraint_exclusion 來控制，

只有三個值

 constraint_exclusion = on

on:所有情況都會進行約束排除檢查

off:關閉，所有約束都不生效

partition：對分區表或者繼承表進行約束排查，默認為partition

如：

select *from tbl where a = 12345;

首先找到主表tbl，然后通過tbl找到它的子表，找到后再對再拿著謂詞條件a = 12345對一個個子表約束進行檢查，不符合條件表就去掉不掃描，實現分區表過濾，下面簡單介紹下約束排除源碼邏輯。

如何實現數據分發?

基于規則的話，會在查詢重寫階段按時替換規則生成新的插入語句，基于觸發器會在insert主表前觸發另外一個insert操作，這兩個邏輯都比較簡單，相關代碼不再介紹。

錯誤描述：在新建分區主表時提示以下錯誤信息

錯誤原因：在本地postgresql.conf 配置了 search_path = ‘$user' ,所以在使用的時候需要先創建當前用戶對應的schema,如果不存在，則會提示錯誤

解決方法：在創建表時指定創建的schemal,即可成功。

PostgreSQL 10.x LIST分區方案

postgres=# CREATE TABLE list_parted (
postgres(# a int
postgres(# ) PARTITION BY LIST (a);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE part_1 PARTITION OF list_parted FOR VALUES IN (1);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE part_2 PARTITION OF list_parted FOR VALUES IN (2);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE part_3 PARTITION OF list_parted FOR VALUES IN (3);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE part_4 PARTITION OF list_parted FOR VALUES IN (4);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE part_5 PARTITION OF list_parted FOR VALUES IN (5);
CREATE TABLE
postgres=#
postgres=# insert into list_parted values(32); --faled
ERROR: no partition of relation "list_parted" found for row
DETAIL: Failing row contains (32).
postgres=# insert into part_1 values(1);
INSERT 0 1
postgres=# insert into part_1 values(2);--faled
ERROR: new row for relation "part_1" violates partition constraint
DETAIL: Failing row contains (2).
postgres=# explain select *from list_parted where a =1;
       QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------
 Append (cost=0.00..41.88 rows=14 width=4)
 -> Seq Scan on list_parted (cost=0.00..0.00 rows=1 width=4)
   Filter: (a = 1)
 -> Seq Scan on part_1 (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
   Filter: (a = 1)
(5 rows)

上面是LIST分區表，建表是先建主表，再建子表，子表以 PARTITION OF 方式說明和主表關系，約束條件應該就是后面的in里面。

Explain 執行sql解析計劃

cost：數據庫自定義的消耗單位，通過統計信息來估計SQL消耗。（查詢分析是根據analyze的固執生成的，生成之后按照這個查詢計劃執行，執行過程中analyze是不會變的。所以如果估值和真是情況差別較大，就會影響查詢計劃的生成。）

rows：根據統計信息估計SQL返回結果集的行數。

width：返回結果集每一行的長度，這個長度值是根據pg_statistic表中的統計信息來計算的。

PostgreSQL 10.x RANGE分區

創建RANGE分區

postgres=# CREATE TABLE range_parted (
postgres(# a int
postgres(# ) PARTITION BY RANGE (a);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE range_parted1 PARTITION OF range_parted FOR VALUES from (1) TO (1000);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE range_parted2 PARTITION OF range_parted FOR VALUES FROM (1000) TO (10000);
CREATE TABLE
postgres=# CREATE TABLE range_parted3 PARTITION OF range_parted FOR VALUES FROM (10000) TO (100000);
CREATE TABLE
postgres=#
postgres=# insert into range_parted1 values(343);
INSERT 0 1
postgres=#
postgres=# explain select *from range_parted where a=32425;
        QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------
 Append (cost=0.00..41.88 rows=14 width=4)
 -> Seq Scan on range_parted (cost=0.00..0.00 rows=1 width=4)
   Filter: (a = 32425)
 -> Seq Scan on range_parted3 (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
   Filter: (a = 32425)
(5 rows)
postgres=# set constraint_exclusion = off;
SET
postgres=# explain select *from range_parted where a=32425;
        QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------
 Append (cost=0.00..125.63 rows=40 width=4)
 -> Seq Scan on range_parted (cost=0.00..0.00 rows=1 width=4)
   Filter: (a = 32425)
 -> Seq Scan on range_parted1 (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
   Filter: (a = 32425)
 -> Seq Scan on range_parted2 (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
   Filter: (a = 32425)
 -> Seq Scan on range_parted3 (cost=0.00..41.88 rows=13 width=4)
   Filter: (a = 32425)
(9 rows)

上述操作中的 a的取值范圍為【0，1000）即插入值若為1000邊界值，則會保存在第二個分區表中和LIST差不多，就是語法略有不同，范圍表值是一個連續的范圍，LIST表是單點或多點的集合。

從上面例子可以看到，顯然還是走的約束排除過濾子表的方式。

constraint_exclusion = “on ,off,partition ”; 該參數為postgresql.conf中的參數

on 表示所有的查詢都會執行約束排除

off 關閉，所有的查詢都不會執行約束排除

partition :表示只對分區的表進行約束排除

分區列的類型必須支持btree索引接口(幾乎涵蓋所有類型, 后面會說到檢查方法)。

更新后的數據如果超出了所在分區的范圍，則會報錯

PostgreSQL 分區注意事項

語法

1、創建主表

[ PARTITION BY { RANGE | LIST } ( { column_name | ( expression ) } [ COLLATE collation ] [ opclass ] [, ... ] ) ]

2、創建分區

PARTITION OF parent_table [ ( 
 { column_name [ column_constraint [ ... ] ] 
 | table_constraint } 
 [, ... ] 
) ] FOR VALUES partition_bound_spec 
and partition_bound_spec is: 
{ IN ( expression [, ...] ) -- list分區 
 | 
 FROM ( { expression | UNBOUNDED } [, ...] ) TO ( { expression | UNBOUNDED } [, ...] ) } -- range分區, unbounded表示無限小或無限大

語法解釋

partition by 指定分區表的類型range或list指定分區列，或表達式作為分區鍵。

range分區表鍵：支持指定多列、或多表達式，支持混合（鍵，非表達式中的列，會自動添加not null的約束）

list分區表鍵：支持單個列、或單個表達式

分區鍵必須有對應的btree索引方法的ops(可以查看系統表得到)

select typname from pg_type where oid in (select opcintype from pg_opclass);

主表不會有任何數據，數據會根據分區規則進入對應的分區表

如果插入數據時，分區鍵的值沒有匹配的分區，會報錯

不支持全局的unique, primary key, exclude, foreign key約束，只能在對應的分區建立這些約束

分區表和主表的列數量，定義必須完全一致，（包括OID也必須一致，要么都有，要么都沒有）

可以為分區表的列單獨增加Default值，或約束。

用戶還可以對分區表增加表級約束

如果新增的分區表check約束，名字與主表的約束名一致，則約束內容必須與主表一致

當用戶往主表插入數據庫時，記錄被自動路由到對應的分區，如果沒有合適的分區，則報錯

如果更新數據，并且更新后的KEY導致數據需要移動到另一分區，則會報錯，（意思是分區鍵可以更新，但是不支持更新后的數據移出到別的分區表）

修改主表的字段名，字段類型時，會自動同時修改所有的分區

TRUNCATE 主表時，會清除所有繼承表分區的記錄（如果有多級分區，則會一直清除到所有的直接和間接繼承的分區）

如果要清除單個分區，請對分區進行操作

如果要刪除分區表，可以使用DROP TABLE的DDL語句，注意這個操作會對主表也加access exclusive lock。

補充：對PostgreSQL語法分析中 targetlist 的理解

在 gram.y 中:

simple_select:                
      SELECT  opt_distinct  target_list          
      into_clause   from_clause   where_clause          
      group_clause   having_clause  window_clause          
        {        
          SelectStmt *n = makeNode(SelectStmt);      
          n->distinctClause = $2;      
          n->targetList = $3;      
          n->intoClause = $4;      
          n->fromClause = $5;      
          n->whereClause = $6;      
          n->groupClause = $7;      
          n->havingClause = $8;      
          n->windowClause = $9;      
          $$ = (Node *)n;      
        }        
……

把它修改一下，增加：

simple_select:                
      SELECT  opt_distinct  target_list          
      into_clause   from_clause   where_clause          
      group_clause   having_clause  window_clause          
        {        
          SelectStmt *n = makeNode(SelectStmt);      
          n->distinctClause = $2;      
          n->targetList = $3;      
          n->intoClause = $4;      
          n->fromClause = $5;      
          n->whereClause = $6;      
          n->groupClause = $7;      
          n->havingClause = $8;      
          n->windowClause = $9;      
          $$ = (Node *)n;
          fprintf(stderr,"length of list: %d\n", n->targetList->length);      
        }      
……

psql 中執行：