大家好， 今天和大家分享是的PG的执行计划相关的方面内容。
和众所周知的数据库ORACLE，MYSQL 一样，PG 的 优化器也是基于CBO的成本计算，来生成理论上是最佳的执行计划。
不同的数据库，同样的 explain 命令， 给你带来执行计划的详细输出：
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 create table tab (id int , name varchar(200));
CREATE TABLE
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 insert into tab values (generate_series(1,10000),'PG execution plan');
INSERT 0 10000
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 \timing
Timing is on.
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 explain select * from tab;
QUERY PLAN
----------------------------------------------------------
Seq Scan on tab (cost=0.00..164.00 rows=10000 width=22)
(1 row)
Time: 0.566 ms
explain 命令 后面可以跟随不同的参数， 含义如下：
EXPLAIN [ ( option [, ...] ) ] statement
ANALYZE [ boolean ] : 通过实际执行SQL 来获得真实的执行计划，每一步返回的耗时时间和行数都是真实的
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 explain analyze select * from tab;
QUERY PLAN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on tab (cost=0.00..164.00 rows=10000 width=22) (actual time=0.008..0.565 rows=10000 loops=1)
Planning Time: 0.035 ms
Execution Time: 0.870 ms
(3 rows)
Time: 1.221 ms
VERBOSE [ boolean ]： 输出更为详细的信息：比如 Query Identifier 这个重要的属性 类似于mysql 的SQL digest 或者是 oracle 的SQL_ID
这个 Query Identifier 与 pg_stat_statements 插件里面是 一样的
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 explain analyze verbose select * from tab;
QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on public.tab (cost=0.00..164.00 rows=10000 width=22) (actual time=0.009..0.731 rows=10000 loops=1)
Output: id, name
Query Identifier: 4997534032644374154
Planning Time: 0.038 ms
Execution Time: 1.123 ms
(5 rows)
Time: 1.499 ms
COSTS [ boolean ]： 显示 cost 成本， 这个默认就是 打开的
BUFFERS [ boolean ]： 显示内存以及磁盘的读写情况 ， Buffers: shared hit=64 表示 内存中的 64个 page 全部命中， 直接从磁盘查出数据
（select pg_size_pretty(pg_relation_size(‘tab’)); 512 kB/8kB = 64 pages ）
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 explain (analyze true , verbose true ,buffers true ) select * from tab;
QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on public.tab (cost=0.00..164.00 rows=10000 width=22) (actual time=0.017..2.605 rows=10000 loops=1)
Output: id, name
Buffers: shared hit=64
Query Identifier: 4997534032644374154
Planning Time: 0.087 ms
Execution Time: 4.117 ms
(6 rows)
Time: 4.695 ms
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 select pg_size_pretty(pg_relation_size('tab'));
pg_size_pretty
----------------
512 kB
(1 row)
Time: 0.315 ms
WAL [ boolean ]：对WAL 日志写入信息的统计。一般与analyze 联合使用，达到SQL真实运下，WAL的信息准确性的目的。 这个参数是在PG 13版本引入的。
我们测试一下，插入100万的数据产生的WAL 日志的大小： WAL: records=1000000 bytes=69000000 大致是65M
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 select 69000000/1024/1024 as "WAL size(MB)";
WAL size(MB)
--------------
65
(1 row)
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create table tab2(id int, name varchar(200));
CREATE TABLE
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain (analyze,wal) insert into tab2 values (generate_series(1,1000000),'hello PG!');
QUERY PLAN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Insert on tab2 (cost=0.00..5000.02 rows=0 width=0) (actual time=939.011..939.012 rows=0 loops=1)
WAL: records=1000000 bytes=69000000
-> ProjectSet (cost=0.00..5000.02 rows=1000000 width=422) (actual time=0.003..93.902 rows=1000000 loops=1)
-> Result (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0) (actual time=0.001..0.001 rows=1 loops=1)
Planning Time: 0.046 ms
Execution Time: 939.047 ms
(6 rows)
FORMAT { TEXT | XML | JSON | YAML }： 尝试输出格式的多样性, 支持 YAML 这个格式确实是有点惊艳
dbtest@[local:/tmp]:1992=#105846 explain (analyze true , verbose true ,buffers true, format YAML ) select * from tab;
QUERY PLAN
-----------------------------------------
- Plan: +
Node Type: "Seq Scan" +
Parallel Aware: false +
Async Capable: false +
Relation Name: "tab" +
Schema: "public" +
Alias: "tab" +
Startup Cost: 0.00 +
Total Cost: 228.00 +
Plan Rows: 10000 +
Plan Width: 17 +
Actual Startup Time: 0.054 +
Actual Total Time: 0.862 +
Actual Rows: 10000 +
Actual Loops: 1 +
Output: +
- "id" +
- "name" +
Execution Time: 1.392
(1 row)
上面是简单的介绍了一下 explain 的选项参数， 我们接下来看一下输出的信息含义
cost 成本分为：起始成本 和 总成本 cost=0.00…164.00
返回的行数： rows = 10000
width : 返回的列的宽度 width=17
actual time=0.073…1.135 SQL解析的时间： 0.073， SQL 的总时间：1.135
实际返回的行数： rows=10000
循环的次数： loops=1 单表查询所以循环的次数是 1
dbtest@[local:/tmp]:1992=#121533 explain analyze select * from tab ;
QUERY PLAN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on tab (cost=0.00..164.00 rows=10000 width=22) (actual time=0.008..0.641 rows=10000 loops=1)
Planning Time: 0.036 ms
Execution Time: 0.946 ms
(3 rows)
接下来我们看一下 cost 相关的成本是如何计算的？
计算公式来源于官方文档 ： (disk pages read * seq_page_cost) + (rows scanned * cpu_tuple_cost).
SELECT relpages, reltuples FROM pg_class WHERE relname = ‘tab’; --得到 64个 page 和 10000 个元祖
seq_page_cost = 1 ， cpu_tuple_cost = 0.1
(disk pages read * seq_page_cost) + (rows scanned * cpu_tuple_cost) = 64 * 1 + 10000 * 0.01 = 164
和 (cost=0.00…164.00 rows=10000 width=22) 是相互吻合的
dbtest@[local:/tmp]:1992=#121533 SELECT relpages, reltuples FROM pg_class WHERE relname = 'tab';
relpages | reltuples
----------+-----------
64 | 10000
(1 row)
dbtest@[local:/tmp]:1992=#121533 show seq_page_cost;
seq_page_cost
---------------
1
(1 row)
dbtest@[local:/tmp]:1992=#121533 show cpu_tuple_cost;
cpu_tuple_cost
----------------
0.01
(1 row)
如果是带有 where 过滤条件的呢？ 成本的计算公式是 在原有的cost 基础之上 + Filter 的成本 （cpu_operator_cost * rows）
cpu_operator_cost : 默认是 0.0025
rows : pg_class 表中的 reltuples 属性 是 10000
原有的cost ： (disk pages read * seq_page_cost) + (rows scanned * cpu_tuple_cost) = 64 * 1 + 10000 * 0.01 = 164
Filter 的成本是 cpu_operator_cost * rows = 10000 +* 0.0025 = 25
所以总的cost 是 164 + 25 = 189
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tab where name ~ 'test%';
QUERY PLAN
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on tab (cost=0.00..189.00 rows=1 width=22) (actual time=10.776..10.777 rows=0 loops=1)
Filter: ((name)::text ~ 'test%'::text)
Rows Removed by Filter: 10000
Planning Time: 0.132 ms
Execution Time: 10.797 ms
(5 rows)
dbtest@[local:/tmp]:1992=#121533 show cpu_operator_cost
dbtest-# ;
cpu_operator_cost
-------------------
0.0025
(1 row)
上面我们简单的了解一下 cost 是如何计算的， 接下来我们看一下执行计划中表的访问方式和表之间的连接方式：
表的访问方式：
1）Sequential Scan 全表扫描
2） Index Scan 索引扫描
3) Index Only Scan 覆盖索引扫描
4) Bitmap Heap Scan 索引位图扫描
表与表的连接方式：
- Nested Loops 嵌套循环查询连接
- Merge Join 连接
3)Hash Join 连接
Sequential Scan 全表扫描， 一般是发生在没有可能触发索引（或者是索引选择率很差）的情况下，
一般适合超级小表， 或者在OLAP 分析场景下，需要扫描大量数据
执行计划信息： Seq Scan on 表名
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tab2;
QUERY PLAN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Seq Scan on tab2 (cost=0.00..15406.00 rows=1000000 width=14) (actual time=0.007..71.424 rows=1000000 loops=1)
Planning Time: 0.145 ms
Execution Time: 109.381 ms
(3 rows)
Index Scan 索引扫描，一般是发生在没有可能触发索引（或者是索引选择率很高，一般在5%一下）的情况下，
适合OLTP 高并发场景，必须毫秒级别返回数据
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_name_tab2 on tab2(name);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_name_tab2 on tab2(name);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tab2 where name = 'jason' limit 10;
QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Limit (cost=0.42..4.44 rows=1 width=14) (actual time=0.015..0.015 rows=0 loops=1)
-> Index Scan using idx_name_tab2 on tab2 (cost=0.42..4.44 rows=1 width=14) (actual time=0.014..0.014 rows=0 loops=1)
Index Cond: ((name)::text = 'jason'::text)
Planning Time: 0.182 ms
Execution Time: 0.030 ms
(5 rows)
Index Only Scan 覆盖索引扫描， 一般发生在 select 的列信息包含在索引之中。 这里值得注意的是和MYSQL 不同， PG 由于特殊的MVCC机制， 如果vacuum 不及时的话，
覆盖索引依然会回表查询来进行验证。 能否触发 真正的index only scan 还需要看 visibility map 中的 bit 位图的信息。
visibility map这块可以参考之前的文章： https://cdn.modb.pro/db/447177
执行计划中 Heap Fetches: 0 表示没有回表取数据， 存在2种情况：
1）通过索引判断真的没有数据，所以不需要回表
2）通过索引判断真的有数据，再一次根据VM 判断，全部元祖是新的，所以从索引中就能获得最新的数据， 所以不需要回表 \
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select name from tab2 where name = 'hello PG!!' limit 10;
QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
---
Limit (cost=0.42..4.44 rows=1 width=10) (actual time=0.028..0.029 rows=0 loops=1)
-> Index Only Scan using idx_name_tab2 on tab2 (cost=0.42..4.44 rows=1 width=10) (actual time=0.027..0.028 rows=0 loops=
1)
Index Cond: (name = 'hello PG!!'::text)
Heap Fetches: 0
Planning Time: 0.070 ms
Execution Time: 0.044 ms
(6 rows)
Bitmap Heap Scan 索引位图扫描 这个一般发生在触发索引存在 or 条件的情况下， 建立一张 bitmap 来寻找想要的记录
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select name from tab2 where name = 'hello oracle' or name = 'hello mysql' ;
QUERY PLAN
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bitmap Heap Scan on tab2 (cost=8.87..12.88 rows=1 width=10) (actual time=0.046..0.047 rows=0 loops=1)
Recheck Cond: (((name)::text = 'hello oracle'::text) OR ((name)::text = 'hello mysql'::text))
-> BitmapOr (cost=8.87..8.87 rows=1 width=0) (actual time=0.045..0.045 rows=0 loops=1)
-> Bitmap Index Scan on idx_name_tab2 (cost=0.00..4.43 rows=1 width=0) (actual time=0.035..0.035 rows=0 loops=1)
Index Cond: ((name)::text = 'hello oracle'::text)
-> Bitmap Index Scan on idx_name_tab2 (cost=0.00..4.43 rows=1 width=0) (actual time=0.008..0.008 rows=0 loops=1)
Index Cond: ((name)::text = 'hello mysql'::text)
Planning Time: 0.081 ms
Execution Time: 0.086 ms
(9 rows)
我们再看一下，表与表的连接方式：
Nested Loops 嵌套循环查询连接 基本上和ORACLE的 nested loop 是无差别的， 适合大小表连接，小表作为驱动表，以触发索引访问的方式来访问大表。
当然这里说的小表不一定是表本身就是小表，也有可能是经过索引过滤后的相对较小的结果集。
适合OLTP 场景， 毫秒级返回少量数据
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create table tt1 (id int, name varchar(200), pid int);
CREATE TABLE
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create table tt2 (id int, name varchar(200));
CREATE TABLE
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 insert into tt1 values (generate_series(1,1000),'hello pg',generate_series(1,1000));
INSERT 0 1000
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 insert into tt2 values (generate_series(1,100000),'hello pg fans');
INSERT 0 100000
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_tt1_name on tt1 (name);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_tt2_id on tt2 (id);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tt1, tt2 where tt1.pid = tt2.id and tt1.name = 'hello mysql'; QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nested Loop (cost=0.44..12.49 rows=1 width=35) (actual time=0.007..0.007 rows=0 loops=1)
-> Index Scan using idx_tt1_name on tt1 (cost=0.15..4.17 rows=1 width=17) (actual time=0.006..0.006 rows=0 loops=1)
Index Cond: ((name)::text = 'hello mysql'::text)
-> Index Scan using idx_tt2_id on tt2 (cost=0.29..8.31 rows=1 width=18) (never executed)
Index Cond: (id = tt1.pid)
Planning Time: 0.262 ms
Execution Time: 0.030 ms
(7 rows)
Merge Join 连接：一般发生在连接条件是需要进行排序的连接（显示指定order by ），或者是连接条件是索引（默认排序）的情况，
2个表可以同时 parallel 进行扫描，然后进行顺序连接
情况1： 触发索引排序
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_id_tt1 on tt1(id);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 create index concurrently idx_id_tt2 on tt2(id);
CREATE INDEX
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tt1, tt2 where tt1.id = tt2.id ;
QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----
Merge Join (cost=0.66..94.79 rows=1000 width=35) (actual time=0.019..0.595 rows=1000 loops=1)
Merge Cond: (tt1.id = tt2.id)
-> Index Scan using idx_id_tt1 on tt1 (cost=0.28..45.27 rows=1000 width=17) (actual time=0.006..0.147 rows=1000 loops=1)
-> Index Scan using idx_id_tt2 on tt2 (cost=0.29..3244.29 rows=100000 width=18) (actual time=0.007..0.188 rows=1001 loop
s=1)
Planning Time: 0.308 ms
Execution Time: 0.690 ms
(6 rows)
情况2： 没有索引，显示 order by 语句触发
这里我们需要先把 enable_hashjoin 关闭掉 set enable_hashjoin = off;
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 set enable_hashjoin = off;
SET
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tt1, tt2 where tt1.id = tt2.id order by tt1.name desc, tt2.name desc;
QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Sort (cost=11307.98..11310.48 rows=1000 width=35) (actual time=25.473..25.574 rows=1000 loops=1)
Sort Key: tt1.name DESC, tt2.name DESC
Sort Method: quicksort Memory: 103kB
-> Merge Join (cost=11262.73..11282.98 rows=1000 width=35) (actual time=24.525..25.155 rows=1000 loops=1)
Merge Cond: (tt2.id = tt1.id)
-> Sort (cost=11992.82..12242.82 rows=100000 width=18) (actual time=24.242..24.400 rows=1001 loops=1)
Sort Key: tt2.id
Sort Method: external merge Disk: 2752kB
-> Seq Scan on tt2 (cost=0.00..1637.00 rows=100000 width=18) (actual time=0.017..8.195 rows=100000 loops=1)
-> Sort (cost=66.83..69.33 rows=1000 width=17) (actual time=0.273..0.338 rows=1000 loops=1)
Sort Key: tt1.id
Sort Method: quicksort Memory: 87kB
-> Seq Scan on tt1 (cost=0.00..17.00 rows=1000 width=17) (actual time=0.015..0.149 rows=1000 loops=1)
Planning Time: 0.110 ms
Execution Time: 26.113 ms
(15 rows)
Hash Join 连接 ： 熟悉oracle 的朋友们 对其应该是十分熟悉， 对于 mysql 数据库的用户来说 则是 羡慕. 嫉妒 恨 (mysql 8.0.18 版本已在开始支持 hash join，但是朋友圈的伙伴们大多是还是5.7的版本居多)
HTAP 混动数据库的最基本的标配之一。 触发条件你一定很熟悉：等值连接，小表（较小表）作为驱动表，生成HASH 散列表 （内存或者磁盘中）与大表进行连接，适合2张大表进行连接。适合OLTP 的的分析场景
我们可以看到：tt1 作为相对较小的表 在内存 （ Memory Usage: 59kB）中 生成了 1024 hash 桶
dbtest@[local:/tmp]:1992=#113927 explain analyze select * from tt1, tt2 where tt1.id = tt2.id ;
QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hash Join (cost=29.50..2051.50 rows=1000 width=35) (actual time=0.241..18.570 rows=1000 loops=1)
Hash Cond: (tt2.id = tt1.id)
-> Seq Scan on tt2 (cost=0.00..1637.00 rows=100000 width=18) (actual time=0.013..7.489 rows=100000 loops=1)
-> Hash (cost=17.00..17.00 rows=1000 width=17) (actual time=0.216..0.218 rows=1000 loops=1)
Buckets: 1024 Batches: 1 Memory Usage: 59kB
-> Seq Scan on tt1 (cost=0.00..17.00 rows=1000 width=17) (actual time=0.012..0.105 rows=1000 loops=1)
Planning Time: 0.148 ms
Execution Time: 18.657 ms
(8 rows)
最后大家分享一个执行计划可视化的网站： https://explain.depesz.com/
把 explain 出来的文本，复制粘贴到网站中，点击submit 即可得到表格化的图形输出。
Have a fun 🙂 !
