时间:2021-07-01 10:21:17 帮助过:15人阅读
接前文跟我一起读postgresql源码(九)——Executor(查询执行模块之——Scan节点(上)) ,本篇把剩下的七个Scan节点结束掉。
- <code> T_SubqueryScanState,
- T_FunctionScanState,
- T_ValuesScanState,
- T_CteScanState,
- T_WorkTableScanState,
- T_ForeignScanState,
- T_CustomScanState,</code>
SubqueryScan节点的作用是以另一个査询计划树(子计划)为扫描对象进行元组的扫描,其扫描过程最终被转换为子计划的执行。
Postgres子查询主要包含如下几个关键字: EXISTS, IN, NOT IN, ANY/SOME, ALL,详细介绍可以看看:http://www.postgres.cn/docs/9.5/functions-subquery.html
举例子:
- <code>postgres=# explain select id from test_new where exists (select id from test_dm);
- QUERY PLAN
- -------------------------------------------------------------------------
- Result (cost=0.02..35.52 rows=2550 width=4)
- One-Time Filter: $0
- InitPlan 1 (returns $0)
- -> Seq Scan on test_dm (cost=0.00..22346.00 rows=1000000 width=0)
- -> Seq Scan on test_new (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
- (5 行)</code>
下面这个查询虽然也是子查询,但是在查询编译阶段被优化了(提升子连接,主要是把ANY和EXIST子句转换为半连接)
- <code>postgres=# explain select id from test_new where exists (select id from test_dm where id = test_new.id);
- QUERY PLAN
- -----------------------------------------------------------------------------
- Hash Semi Join (cost=38753.00..42736.38 rows=1275 width=4)
- Hash Cond: (test_new.id = test_dm.id)
- -> Seq Scan on test_new (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
- -> Hash (cost=22346.00..22346.00 rows=1000000 width=4)
- -> Seq Scan on test_dm (cost=0.00..22346.00 rows=1000000 width=4)
- (5 行)</code>
有关内容,这里有一篇讲得很好:PostgreSQL查询优化之子查询优化
SubqueryScan节点在Scan节点之上扩展定义了子计划的根节点指针(subplan字段),而subrtable字段是査询编译器使用的结构,执行器运行时其值为空。
- <code>typedef struct SubqueryScan
- {
- Scan scan;
- Plan *subplan;
- } SubqueryScan;</code>
显然,SubqueryScan节点的初始化过程(ExecInitSubqueryScan函数)会使用ExecInitNode处理SubqueryScan的subplan字段指向的子计划树,并将子计划的PlanStale树根节点指针賦值给SubqueryScanState 的subplan字段。
- <code>typedef struct SubqueryScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- PlanState *subplan;
- } SubqueryScanState;</code>
我认为SubqueryScan节点其实就是一个壳子,为什么这么说呢?因为SubqueryScan节点的执行(ExecSubqueryScan 函数)通过将SubqueryNext 传递给 ExecScan函数处理来实现的。SubqueryNext实际则是调用ExecProcNode处理subplan来获得元组。也就是说,这里SubqueryScan是运行了一个独立的查询计划,然后获取它的结果,而不是自己去扫描表。因此recheck工作就在独立的查询计划里做过了,SubqueryScan节点不必再做。
所以我们可以看到:
- <code>static bool
- SubqueryRecheck(SubqueryScanState *node, TupleTableSlot *slot)
- {
- /* nothing to check */
- return true;
- }</code>
上面说了在执行时调用了ExecProcNode处理subplan,那么在清理过程中,很显然需要额外调用ExecEndNode来清理子计划。
二话不说先上例子:
- <code>postgres=# CREATE FUNCTION dup(int) RETURNS TABLE(f1 int, f2 text)
- postgres-# AS $$ SELECT $1, CAST($1 AS text) || ' is text' $$
- postgres-# LANGUAGE SQL;
- CREATE FUNCTION
- postgres=# explain SELECT * FROM dup(42);
- QUERY PLAN
- -------------------------------------------------------------
- Function Scan on dup (cost=0.25..10.25 rows=1000 width=36)
- (1 行)</code>
在PostgreSQL中,有一些函数可以返回元组的集合,为了能从这些函数的返回值中获取元组,PostgreSQL定义了 FunctionScan节点,其扫描对象为返回元组集的函数。FunctionScan节点在Scan的基础上扩展定义了:
functions列表字段,里面存放了FuncitonScan涉及的函数;
以及funcordinality字段(是否给返回结果加上序号列)。
- <code>When a function in the FROM clause is suffixed by WITH ORDINALITY, a bigint column is appended to the output which starts from 1 and increments by 1 for each row of the function's output. This is most useful in the case of set returning functions such as unnest()</code>
详细看这里:http://www.postgres.cn/docs/9.5/functions-srf.html
- <code>typedef struct FunctionScan
- {
- Scan scan;
- List *functions; /* list of RangeTblFunction nodes */
- bool funcordinality; /* WITH ORDINALITY */
- } FunctionScan;</code>
FunctionScan 节点的初始化过程(ExecInitFunctionScan 函数)会初始化 FunctionScanState 结构,然后根据FunctionScan的字段functions,对每个函数构造运行时的状态节点FunctionScanPerFuncState,如下:
- <code>typedef struct FunctionScanPerFuncState
- {
- ExprState *funcexpr; /* state of the expression being evaluated */
- TupleDesc tupdesc; /* desc of the function result type */
- int colcount; /* expected number of result columns */
- Tuplestorestate *tstore; /* holds the function result set */
- int64 rowcount; /* # of rows in result set, -1 if not known */
- TupleTableSlot *func_slot; /* function result slot (or NULL) */
- } FunctionScanPerFuncState;</code>
这里根据FunctionScan中的functions字段对每一个函数构造用于表达式计算的结构(存储在funcexpr中)和,还要构造函数返回元组的描述符存储在tupdesc中,此时用于存储函数结果集的tuplestoreslate字段为NULL。
上面这些做完以后,就可以根据所涉及的所有函数的FunctionScanPerFuncState结构来构造返回值的TupleDesc(即最后的返回值一定是这几个函数返回值的组合):
例如:
- <code>postgres=# SELECT * FROM dup(42) WITH ORDINALITY AS t(ls,n,xxx),increment(42);
- ls | n | xxx | increment
- ----+------------+-----+-----------
- 42 | 42 is text | 1 | 43
- (1 行)</code>
- <code>typedef struct FunctionScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- int eflags; //node's capability flags
- bool ordinality; //is this scan WITH ORDINALITY?
- bool simple; //true if we have 1 function and no ordinality
- int64 ordinal; //current ordinal column value
- int nfuncs; //number of functions being executed
- /* per-function execution states (private in nodeFunctionscan.c) */
- struct FunctionScanPerFuncState *funcstates; /* array of length nfuncs */
- MemoryContext argcontext; //memory context to evaluate function arguments in
- } FunctionScanState;</code>
在 FunctionScan 节点的执行过程(ExecFunctionScan 函数)中,将 FunctionNext 传递给 ExecScan函数,FunctionNext函数首先判断tuplestorestate是否为空(首次执行时为空),如果为空则执行函数ExecMakeTableFunctionResult生成所有结果集并存储在tuplestorestate中,此后每次执行节点将调用tuplestore_gettupleslot获取结果集中的一个元组。
最后,FunctionScan节点清理过程需要淸理tuplestorestate结构。
VALUES计算由值表达式指定的一个行值或者一组行值。更常见的是把它用来生成一个大型命令内的"常量表", 但是它也可以被独自使用。
当多于一行被指定时,所有行都必须具有相同数量的元素。结果表的列数据类型 由出现在该列的表达式的显式或者推导类型组合决定,决定的规则与UNION相同。
在大型的命令中,在语法上允许VALUES出现在 SELECT出现的任何地方。因为语法把它当做一个 SELECT,可以为一个VALUES 命令使用ORDER BY、 LIMIT(或者等效的FETCH FIRST) 以及OFFSET子句。
我们举例吧,一个纯粹的VALUES命令:
- <code>VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');</code>
将返回一个具有两列、三行的表。
- <code>postgres=# VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');
- column1 | column2
- ---------+---------
- 1 | one
- 2 | two
- 3 | three
- (3 行)
- postgres=# EXPLAIN VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');
- QUERY PLAN
- --------------------------------------------------------------
- Values Scan on "*VALUES*" (cost=0.00..0.04 rows=3 width=36)
- (1 行)
- </code>
更常用地,VALUES可以被用在一个大型 SQL 命令中。 在INSERT中最常用:
- <code>postgres=# insert into test values (1,'xxxx');
- INSERT 0 1
- postgres=# explain insert into test_new values (1);
- QUERY PLAN
- ------------------------------------------------------
- Insert on test_new (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
- -> Result (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
- (2 行)
- </code>
具体的可以看这个:http://www.postgres.cn/docs/9.5/sql-values.html
这样我们就对VALUES子句不陌生了,下面继续说。
ValuesScan节点是用来对VALUES子句给出的元组集合进行扫描(INSERT语句中的VALUES子句走的是RESULT节点)。如下所示,ValuesScan节点中的values_lists存储了VALUES子句中的表达式链表。
- <code>typedef struct ValuesScan
- {
- Scan scan;
- List *values_lists; /* list of expression lists */
- } ValuesScan;</code>
ValuesScan节点的初始化过程(ExeclnitValuesScan函数)处理values_lists中的表达式生成Values表达式,并存储在ValuesScanState的exprlists数组中,array_len记录数组长度,cuxr_idx和
markedJdx用于存储数组中的偏移量。同时还会分配内存上下文rowconext用于表达式计箅(ss.ps.ps_ExprContext本来就是用来做表达式计算的,但是为了防止对于一个过长的VALUES子句发生的内存泄露,使用rowconext对VALUES每一行做统一处理,在每一行处理完成后就使用rowconext释放该段内存。)。
- <code>typedef struct ValuesScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- ExprContext *rowcontext; //per-expression-list context
- List **exprlists; //array of expression lists being evaluated
- int array_len; //size of array
- int curr_idx; //current array index (0-based)
- } ValuesScanState;</code>
ValuesScan 节点执行过程(ExecValuesScan 函数)调用 ExecScan 实现,ExecScan 通过 ValuesNext获取扫描元组,ValuesNext则通过curr_idx从exprlists中获取需要处理的表达式,并计算出结果元组返回。
由于额外地申请了rowconext上下文,因此在ValuesScan节点清理过程(ExecEndValuesScan函数)中需要释放内存上下文rowcontext。
WITH提供了一种方式来书写在一个大型查询中使用的辅助语句。这些语句通常被称为公共表表达式或CTE,它们可以被看成是定义只在一个查询中存在的临时表。在WITH子句中的每一个辅助语句可以是一个SELECT、INSERT、UPDATE或DELETE,并且WITH子句本身也可以被附加到一个主语句,主语句也可以是SELECT、INSERT、UPDATE或DELETE
具体可以参考这个:http://www.postgres.cn/docs/9.5/queries-with.html
如果对CTE有所了解,就会知道,CTE一般不会单独存在,而是依附于一个主查询,换言之CTE是作为一个副查询出现的。所以在主查询中就将副查询作为一个子计划Subplan处理。CTE的执行状态树存放到执行器全局状态Estate的es_subplanstates链表中。
- <code>typedef struct EState
- {
- NodeTag type;
- ...
- /* Parameter info: */
- ParamListInfo es_param_list_info; /* values of external params */
- ParamExecData *es_param_exec_vals; /* values of internal params */
- ...
- List *es_subplanstates; /* List of PlanState for SubPlans */
- ...
- } EState;</code>
并在CteScan中的ctePlanld存储其子计划在该链表中的偏移量,对应于同一个子计划的CteScan的ctePlanld相同。PostgreSQL在实现时,还为每个CTE在一个全局参数链表中分配了一个空间,其偏移量存储在cteParam中,对应同一个CTE的CteScan对应的偏移量也相同。CteScan节点相关数据结构如下所示。
- <code>typedef struct CteScan
- {
- Scan scan;
- int ctePlanId; /* ID of init SubPlan for CTE */
- int cteParam; /* ID of Param representing CTE output */
- } CteScan;</code>
CteScan节点的初始化过程(ExecInitCteScan函数)将首先初始化CteScanState结构,通过ctePlanld在es_subplanstates中找到对应的子计划执行状态树,并存储在CteScanState的cteplanstate字段中。
然后通过cteParam在执行器全局状态Estate的es_param_exec_vals字段中获取参数结构ParamExecData。若ParamExecData中value为NULL,表示没有其他CteScan对此CTE初始化过存储结构,此时会初始化CteScanState的cte_table字段,并将leader和ParamExecData的value賦值为指向当前CteScanState的指针。若ParamExecData中的value不为NULL,则将其值陚值给leader,让其指向第一个CteScan创建的CteScanState,而不为当前的CteScan初始化cte_table。这样对应一个CTE全局只有一个元组缓存结构,所有使用该CTE的CteScan都会共享该缓存。
- <code>typedef struct CteScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- int eflags; /* capability flags to pass to tuplestore */
- int readptr; /* index of my tuplestore read pointer */
- PlanState *cteplanstate; /* PlanState for the CTE query itself */
- /* Link to the "leader" CteScanState (possibly this same node) */
- struct CteScanState *leader;
- /* The remaining fields are only valid in the "leader" CteScanState */
- Tuplestorestate *cte_table; /* rows already read from the CTE query */
- bool eof_cte; /* reached end of CTE query? */
- } CteScanState;</code>
最后。在做一些初始化工作,比如初始化处理元组的表达式上下文、子表达式、元组表、结果元组表等等。
在执行CteScan节点时,将首先査看cte_table指向的缓存中是否缓存元组(缓存结构Tuplestorestate),如果有可直接获取,否则需要先执行ctePlanld指向的子计划获取元组。
CteScan节点的清理过程需要清理元组缓存结构,但只需清理leader指向自身的CteScanState。
这个节点是和RecursiveUnion节点紧密关联的。下面先看例子,一个RecursiveUnion查询:
- <code>postgres=# WITH RECURSIVE t(n) AS(
- postgres(# VALUES(1)
- postgres(# UNION ALL
- postgres(# SELECT n+1 FROM t WHERE n<100)
- postgres-# SELECT sum(n) FROM t;
- sum
- ------
- 5050
- (1 行)
- 查询计划
- QUERY PLAN
- -------------------------------------------------------------------------
- Aggregate (cost=3.65..3.66 rows=1 width=4)
- CTE t
- -> Recursive Union (cost=0.00..2.95 rows=31 width=4)
- -> Result (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
- -> WorkTable Scan on t t_1 (cost=0.00..0.23 rows=3 width=4)
- Filter: (n < 100)
- -> CTE Scan on t (cost=0.00..0.62 rows=31 width=4)
- (7 行)</code>
对于递归查询求值,流程如下:
1.计算非递归项。对UNION(但不对UNION ALL),抛弃重复行。把所有剩余的行包括在递归查询的结果中,并且也把它们放在一个临时的工作表中。
2.只要工作表不为空,重复下列步骤:
计算递归项,用当前工作表的内容替换递归自引用。对UNION(不是UNION ALL),抛弃重复行以及那些与之前结果行重复的行。将剩下的所有行包括在递归查询的结果中,并且也把它们放在一个临时的中间表中。
用中间表的内容替换工作表的内容,然后清空中间表。
详细可以看这里:http://www.postgres.cn/docs/9.5/queries-with.html
这里的工作表就是WorkTable。
WorkTableScan会与RecursiveUnion共同完成递归合并子査询。RecursiveUnion会缓存一次递归中的所有元组到RecursiveUnionState结构中,WorkTableScan提供了对此缓存的扫描。
如下所示,WorkTableScan节点扩展定义了wtParam用于同RecursiveUnion节点间的通信,而 WorkTableScanState 节点的 rustate 字段中记录了 RecursiveUnionState结构的指针,以便WorkTableScan在执行过程中可以从缓存结构中获取元组。
- <code>typedef struct WorkTableScan
- {
- Scan scan;
- int wtParam; /* ID of Param representing work table */
- } WorkTableScan;
- </code>
节点状态:
- <code>typedef struct WorkTableScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- RecursiveUnionState *rustate;
- } WorkTableScanState;</code>
如果用过postgres_fdw或者dblink这些PostgreSQL提供了外部数据包装器,那么就大概能知道这个Scan节点的用途:扫描外部Postgresql数据表。
如果你对postgres_fdw有兴趣,这里是网址,拿去不谢:http://www.postgres.cn/docs/9.5/postgres-fdw.html
ForeignScan节点的信息如下,主要在Scan之外扩展了外部数据相关的一些信息。fdw_exprs和fdw_private都在外部数据包装器的控制下,但是fdw_exprs被假定为包含表达式树并且将由规划器相应地进行后处理; fdw_private不会。
fdw_scan_tlist是描述由FDW返回的扫描元组的内容的目标列表;如果扫描元组与外部表的声明行类型匹配,则可以为NIL,这对于简单的外部表扫描来说是正常情况。(如果计划节点表示外部联接,则需要fdw_scan_tlist,因为系统目录中没有可用的rowtype)
fdw_scan_tlist永远不会被执行;它只是持有描述扫描元组列中的内容的表达式树。
fdw_recheck_quals应该包含核心系统传递给FDW但是没有被添加到scan.plan.qual中的条件,也就是说,这些条件需要在FDW中做判断(这些条件是要在recheck中做判断的)。
- <code>typedef struct ForeignScan
- {
- Scan scan;
- Oid fs_server; /* OID of foreign server */
- List *fdw_exprs; /* expressions that FDW may evaluate */
- List *fdw_private; /* private data for FDW */
- List *fdw_scan_tlist; /* optional tlist describing scan tuple */
- List *fdw_recheck_quals; /* original quals not in scan.plan.qual */
- Bitmapset *fs_relids; /* RTIs generated by this scan */
- bool fsSystemCol; /* true if any "system column" is needed */
- } ForeignScan;</code>
还有一个数据结构也要特别关注,它保持了外部数据包装器处理程序返回函数,即它提供供PLANNER和EXECUTOR使用的回调函数的指针。
- <code>src/include/foreign/fdwapi.h
- typedef struct FdwRoutine</code>
下面是ForeignScan的状态节点ForeignScanState,它在ScanState之外扩展了需要recheck的列表字段fdw_recheck_quals、外部数据包装器处理程序返回函数集合结构体FdwRoutine和外部数据包装器状态fdw_state。
在初始化时,ExecInitForeignScan函数除了做一般的初始化之外,还对ForeignScanState的fdwroutine字段做了初始化,获取函数指针和扫描关系表。
- <code>typedef struct ForeignScanState
- {
- ScanState ss; /* its first field is NodeTag */
- List *fdw_recheck_quals; /* original quals not in ss.ps.qual */
- /* use struct pointer to avoid including fdwapi.h here */
- struct FdwRoutine *fdwroutine;
- void *fdw_state; /* foreign-data wrapper can keep state here */
- } ForeignScanState;</code>
ForeignScan节点的执行(ExecForeignScan 函数)通过将ForeignNext传递给 ExecScan函数处理来实现的。ForeignNext实际则是调用fdwroutine->IterateForeignScan在外部数据源上扫描每次获得一个元组。
关于函数ForeignRecheck,还记得上面说的fdw_recheck_quals字段么?这里调用ExecQual函数使用fdw_recheck_quals字段中的条件来做recheck。
最后,扫描结束后,调用fdwroutine->EndForeignScan关闭扫描,并且关闭外部表ExecCloseScanRelation(node->ss.ss_currentRelation)。
从Custom这个单词我们就可以知道,这是postgres开放的自定义Scan方法的接口。这个节点只提供了一个空壳子,我们看下:
- <code>typedef struct CustomScan
- {
- Scan scan;
- uint32 flags; /* mask of CUSTOMPATH_* flags, see relation.h */
- List *custom_plans; /* list of Plan nodes, if any */
- List *custom_exprs; /* expressions that custom code may evaluate */
- List *custom_private; /* private data for custom code */
- List *custom_scan_tlist; /* optional tlist describing scan
- * tuple */
- Bitmapset *custom_relids; /* RTIs generated by this scan */
- const CustomScanMethods *methods;
- } CustomScan;</code>
留给用户自己去扩展,同时,CustomScanState状态节点也是一样,里面只有一些函数指针和预设的一些属性,你可以使用,也可以把CustomScanState作为你要扩展的Scan方法的State的一个属性,可以说还是很灵活的。
因此,不多说这个了,希望能在网上看到关于这方面做扩展的例子~
Scan节点就这么结束了。
跟我一起读postgresql源码(十)——Executor(查询执行模块之——Scan节点(下))
标签:gre method each 查询优化 semi 编译器 present 表示 void