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PostgreSQL json 索引实践 - 检索(存在、包含、等值、范围等)加速

digoal 2018-07-31
1298

作者

digoal

日期

2018-07-31

标签

PostgreSQL , json , gin , rum


背景

用户在使用JSON类型时,常见的一些JSON搜索包括:

1、存在,JSON中是否存在某个KEY,某些KEY,某些KEY的任意一个

存在某个KEY(TOP LEVEL)

'{"a":1, "b":2}'::jsonb ? 'b'

存在所有KEY

'{"a":1, "b":2, "c":3}'::jsonb ?& array['b', 'c']

存在任意KEY、元素

'["a", "b"]'::jsonb ?| array['a', 'b']

2、等值,JSON中是否存在指定的key:value对(支持嵌套JSON)

'{"a":1, "b":2}'::jsonb @> '{"b":2}'::jsonb

3、包含,JSON中某个路径下的VALUE(数组)中,是否包含指定的所有元素。

```
postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' @> '{"b":{"c":[2,3]}}';
?column?


t
(1 row)
```

4、相交,JSON中某个路径下的VALUE(数组)中,是否包含指定的任意元素。

```
postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' @> '{"b":{"c":[2]}}'
or
jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' @> '{"b":{"c":[3]}}'
;

?column?

t
(1 row)
```

或(注意1,2,3需要双引号,作为text类型存储,因为操作符?| ?&暂时只支持了text[],如果是numeric匹配不上)

```
postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":["1","2","3"], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' -> 'b' -> 'c' ?& array['2','3','4'] ;
?column?


f
(1 row)

postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":["1","2","3"], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' -> 'b' -> 'c' ?| array['2','3','4'] ;
?column?


t
(1 row)
```

5、范围查找,JSON中某个路径下的VALUE,是否落在某个范围内。

```
(js ->> 'key1' )::numeric between xx and xx

(js ->> 'key2' )::numeric between xx and xx
```

这些操作如何加速,或者如何使用索引加速?

一、json 索引支持

GIN的两个OPS,分别支持JSON:

```
The default GIN operator class for jsonb supports queries with top-level key-exists operators ?, ?& and ?| operators and path/value-exists operator @>.

The non-default GIN operator class jsonb_path_ops supports indexing the @> operator only.
```

1、支持 @> 操作符的索引如下(jsonb_path_ops只支持@>操作符,但是效率高)

postgres=# create table tbl(id int, js jsonb); CREATE TABLE postgres=# create index idx_tbl_1 on tbl using gin (js jsonb_path_ops); CREATE INDEX

2、支持除范围查询以外的所有查询的索引如下

postgres=# create table tbl(id int, js jsonb); CREATE TABLE postgres=# create index idx_tbl_1 on tbl using gin (js); -- 使用默认ops即可 CREATE INDEX

二、JSON KEY VALUE值范围查询加速

某些使用,需要对VALUE使用范围查询,比如时间(如果要建索引,请使用numeric表示,否则需要自定义immutable函数),数值都有这些需求。

通常的做法,把范围查询的类型提取出来,创建btree表达式索引,如果有任意组合的范围查询,使用gin或rum表达式索引。

例子

create index idx1 on tbl ( ((js->>'k1')::float8) ); create index idx2 on tbl ( ((js->>'k2')::numeric) ); ... create index idxn on tbl ( ((js->>'kn')::float8) );

create extension btree_gin; create index idx1 on tbl using gin( ((js->>'k1')::float8), ((js->>'k2')::numeric), ... ((js->>'kn')::float8) );

create extension rum; create index idx1 on tbl using rum( ((js->>'k1')::float8), ((js->>'k2')::numeric), ... ((js->>'kn')::float8) );

```
create or replace function to_timestamp(text) returns timestamp as $$
select $1::timestamp;
$$ language sql strict immutable;

create index idx1 on tbl using gin( ((js->>'k1')::float8), to_timestamp(js->>'k2'), ... ((js->>'kn')::float8) );

create index idx1 on tbl using rum( ((js->>'k1')::float8), to_timestamp(js->>'k2'), ... ((js->>'kn')::float8) );
```

三、索引使用例子

```
create table tbl(id int, js jsonb);
create index idx_tbl_1 on tbl using gin (js jsonb_path_ops);
create index idx_tbl_2 on tbl using gin (js);
create index idx_tbl_3 on tbl using rum( ((js->>'k1')::float8), to_timestamp(js->>'k2'), ((js->>'k3')::numeric) );

postgres=# explain select * from tbl where js ? 'a';
QUERY PLAN


Bitmap Heap Scan on tbl (cost=2.21..3.32 rows=1 width=36)
Recheck Cond: (js ? 'a'::text)
-> Bitmap Index Scan on idx_tbl_2 (cost=0.00..2.21 rows=1 width=0)
Index Cond: (js ? 'a'::text)
(4 rows)

postgres=# explain select * from tbl where js @> '{"a":"b"}';
QUERY PLAN


Bitmap Heap Scan on tbl (cost=2.21..3.32 rows=1 width=36)
Recheck Cond: (js @> '{"a": "b"}'::jsonb)
-> Bitmap Index Scan on idx_tbl_1 (cost=0.00..2.21 rows=1 width=0)
Index Cond: (js @> '{"a": "b"}'::jsonb)
(4 rows)

postgres=# explain select * from tbl where to_timestamp(js->>'k2') between '2018-01-01' and '2018-01-02'; QUERY PLAN


Index Scan using idx_tbl_3 on tbl (cost=5.50..12.22 rows=6 width=36) Index Cond: ((to_timestamp((js ->> 'k2'::text)) >= '2018-01-01 00:00:00'::timestamp without time zone) AND (to_timestamp((js ->> 'k2'::text)) <= '2018-01-02 00:00:00'::timestamp without time zone)) (2 rows)

postgres=# explain select * from tbl where to_timestamp(js->>'k2') between '2018-01-01' and '2018-01-02' and ((js->>'k3')::numeric) between 1 and 200; QUERY PLAN

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Index Scan using idx_tbl_3 on tbl (cost=9.90..12.11 rows=1 width=36) Index Cond: ((to_timestamp((js ->> 'k2'::text)) >= '2018-01-01 00:00:00'::timestamp without time zone) AND (to_timestamp((js ->> 'k2'::text)) <= '2018-01-02 00:00:00'::timestamp without time zone) AND (((js ->> 'k3'::text))::numeric > = '1'::numeric) AND (((js ->> 'k3'::text))::numeric <= '200'::numeric)) (2 rows)

postgres=# select * from tbl where js @> '{"a": {"b":"c"}}';
id | js
----+----
(0 rows)

SELECT doc->'site_name' FROM websites
WHERE doc->'tags' @> '[{"term":"paris"}, {"term":"food"}]';

postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}';
jsonb


{"a": 1, "b": {"c": [1, 2, 3], "d": ["k", "y", "z"]}, "d": "kbc"}
(1 row)

postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' @> '{"b":{"c":[2,3]}}';
?column?


t
(1 row)

postgres=# select jsonb '{"a":1, "b": {"c":[1,2,3], "d":["k","y","z"]}, "d":"kbc"}' @> '{"b":{"c":[2,4]}}';
?column?


f
(1 row)

postgres=# explain select * from tbl where js @> '{"b":{"c":[2,4]}}';
QUERY PLAN


Bitmap Heap Scan on tbl (cost=3.31..4.42 rows=1 width=36)
Recheck Cond: (js @> '{"b": {"c": [2, 4]}}'::jsonb)
-> Bitmap Index Scan on idx_tbl_1 (cost=0.00..3.31 rows=1 width=0)
Index Cond: (js @> '{"b": {"c": [2, 4]}}'::jsonb)
(4 rows)
```

参考

https://www.postgresql.org/docs/devel/static/datatype-json.html

https://www.postgresql.org/docs/devel/static/functions-json.html

《PostgreSQL 电商业务(任意维度商品圈选应用) - json包range数组的命中优化 - 展开+索引优化》

《如何让json里面的value支持索引范围检索》

《PostgreSQL 11 preview - jsonb_plpython, jsonb_plperl 插件, PG类型jsonb与pyton,perl程序类型的相互转换》

《PostgreSQL 店铺运营实践 - JSON[]数组 内部标签数据等值、范围检索100倍+加速示例 (含,单值+多值列合成)》

《PostgreSQL json 任意位置 append 功能实现》

《多流实时聚合 - 记录级实时快照 - JSON聚合与json全文检索的功能应用》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 46 - (OLTP) 大json字段的高并发更新》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 32 - (OLTP) 高吞吐数据进出(堆存、行扫、无需索引) - 阅后即焚(JSON + 函数流式计算)》

《plpgsql 编程 - JSON数组循环》

《JSONB 压缩版本 ZSON》

《PostgreSQL 10.0 preview 功能增强 - SQL:2016标准(之SQL/JSON) Oracle 12c兼容》

《PostgreSQL 10.0 preview 功能增强 - JSON 内容全文检索》

《如何从PostgreSQL json中提取数组》

《PostgreSQL merge json的正确姿势》

《PostgreSQL json jsonb 支持的value数据类型,如何构造一个jsonb》

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