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PostgreSQL ORDER BY+LIMIT 时的索引选择

· 5 min read

当使用 ORDER BY+LIMIT 时 PostgreSQL 可能会选择更差的执行方式，数据量大时，执行效率相差成百上千倍。

索引选择问题​

假设结构如下

create table organizations(
  id bigserial primary key,
  jgmc text,
  clrq date
);

create index if not exists idx_organizations_clrq on ic.organizations (clrq);
create index if not exists idx_organizations_jgmc_fts on ic.organizations using pgroonga (jgmc);

查询通常基于 clrq 排序，但会 搜索 jgmc。

explain analyse verbose
select jgmc, clrq, id
from ic.organizations
where jgmc &@~ '百度'
  and clrq is not null
order by clrq desc
limit 30 offset 0
;
使用了 clrq is not null 而非 nulls last

因为索引默认隐含 nulls last，也就是说 order by clrq asc 隐含 order by clrq asc nulls last。 当使用 order by clrq desc nulls last 时不会选择 idx_organizations_clrq 索引，因为 nulls 顺序不匹配。 因此使用 is not null 排除。

给出的执行计划和结果如下

Limit  (cost=0.43..33132.51 rows=30 width=1284) (actual time=4678.918..13104.109 rows=6 loops=1)
"  Output: jgmc, clrq, id"
  ->  Index Scan Backward using idx_organizations_clrq on ic.organizations  (cost=0.43..4069724.46 rows=3685 width=1284) (actual time=4678.916..13104.101 rows=6 loops=1)
"        Output: jgmc, clrq, id"
        Index Cond: (organizations.clrq IS NOT NULL)
        Filter: (organizations.jgmc &@~ '百度'::text)
        Rows Removed by Filter: 3685166
Planning Time: 0.826 ms
Execution Time: 13104.226 ms

实际执行了 13s，选择了 idx_organizations_clrq 索引。

但如果去掉 LIMIT：

explain analyse verbose
select jgmc, clrq, id
from ic.organizations
where jgmc &@~ '百度'
  and clrq is not null
order by clrq desc
-- limit 30 offset 0
;

给出的计划如下

Sort  (cost=40479.53..40488.74 rows=3685 width=1284) (actual time=19.771..19.774 rows=6 loops=1)
"  Output: jgmc, clrq, id"
  Sort Key: organizations.clrq DESC
  Sort Method: quicksort  Memory: 36kB
  ->  Index Scan using idx_organizations_jgmc_fts on ic.organizations  (cost=0.00..40261.24 rows=3685 width=1284) (actual time=19.716..19.737 rows=6 loops=1)
"        Output: jgmc, clrq, id"
        Index Cond: (organizations.jgmc &@~ '百度'::text)
        Filter: (organizations.clrq IS NOT NULL)
Planning Time: 0.706 ms
Execution Time: 21.824 ms

实际执行只需要 21ms，选择了 idx_organizations_jgmc_fts 索引。

PostgreSQL 在这样的场景下选择了错误的索引，导致查询时间相差 600 倍。

索引选择原因​

ORDER BY+LIMIT 让查询有 提前结束的可能。

例如 实际数据 10k,但 limit 10, 只需使用索引扫描 10 条数据便可以停止执行，而不需要先判断 其他 条件。

因此 PostgreSQL 的 optimizer 有让这种选择优先的逻辑 pathnode.c#L3633-L3753。

  • create_limit_path 针对 LIMIT/OFFSET 创建执行计划
    • adjust_limit_rows_costs 调整此时的 rows costs
adjust_limit_rows_costs
*total_cost = *startup_cost +
  (input_total_cost - input_startup_cost)
  * count_rows / input_rows;
varmeaning
total_cost总 cost
startup_cost初始 cost
input_total_cost输入总 cost
input_startup_cost输入初始总 cost
count_rowslimit
input_rows输入 行

在这个调整逻辑里会将现在的过程 cost input_total_cost - input_startup_cost 乘以 系数 count_rows / input_rows。 这个系数便会使得 ORDER BY+LIMIT 时优先选择索引。

因为两个计划的 rows 相同，优先了 排序索引则会选择排序索引方案。

解决问题​

目标

避免选择排序索引

  1. 使用 noop function 避免索引
explain verbose
select clrq, jgmc, id
from ic.organizations
where jgmc &@~ '百度'
  and clrq is not null
order by coalesce(clrq) desc
limit 30 offset 0
;
  1. 使用 expression 避免索引
explain verbose
select clrq, jgmc, id
from ic.organizations
where jgmc &@~ '百度'
  and clrq is not null
order by clrq+0 desc
limit 30 offset 0
;
  1. 添加 nulls 顺序避免索引
  • 因为 index 默认 asc nulls last 因此 asc 和 desc 选择不同 nulls 顺序
  • where is not null
  • desc nulls last
  • asc nulls first
explain verbose
select clrq, jgmc, id
from ic.organizations
where jgmc &@~ '百度'
  and clrq is not null
order by clrq desc nulls last
limit 30 offset 0
;
  1. 调整 STATISTICS
  • 在两者统计 rows 不同的情况下 - 这里不适用
  • SET STATISTICS
  • CREATE STATISTICS

STATISTICS 场景​

STATISTICS 影响 n_distinct，n_distinct 影响 inputs_rows，多个计划相同，可增加 STATISTICS 避免错误选择索引。

SELECT attname,
       n_distinct,
       null_frac
FROM pg_stats
WHERE tablename = 'organizations'
  and attname in ('clrq', 'jgmc');
attnamen_distinctnull_frac
clrq79140.00030666665
jgmc-0.994411950.0030133333
SELECT relname, reltuples, relpages
FROM pg_class
WHERE relname LIKE 'organizations';
relnamereltuplesrelpages
organizations36863761116103

参考​