SQL HowTo: пішам while-цыкл прама ў запыце, ці «Элементарная трехходовка»

Перыядычна ўзнікае задача пошуку злучаных дадзеных па наборы ключоў, пакуль не набяром патрэбную сумарную колькасць запісаў.

Найбольш «жыццёвы» прыклад - вывесці 20 самых старых задач, якія лічацца на спісе супрацоўнікаў (напрыклад, у рамках аднаго падраздзялення). Для розных кіраўніцкіх "дашбордаў" з кароткімі выцісканнямі па ўчастках працы падобная тэма патрабуецца досыць часта.

У артыкуле разгледзім рэалізацыю на PostgreSQL "наіўнага" варыянты рашэння такой задачы, "разумнейшы" і зусім складаны алгарытм "цыкла" на SQL з умовай выхаду ад знойдзеных дадзеных, Які можа быць карысны як для агульнага развіцця, так і для прымянення ў іншых падобных выпадках.

Возьмем тэставы набор дадзеных з папярэдняга артыкула. Каб выводныя запісы не "скакалі" ад разу да разу пры супадзенні сартаваных значэнняў, пашырым прадметны індэкс даданнем першаснага ключа. Заадно гэта адразу надасць яму ўнікальнасць, і гарантуе нам адназначнасць парадку сартавання:

CREATE INDEX ON task(owner_id, task_date, id);
-- а старый - удалим
DROP INDEX task_owner_id_task_date_idx;

Як чуецца, так і пішацца

Спачатку накідаем самы просты варыянт запыту, перадаючы ID выканаўцаў. масівам у якасці ўваходнага параметру:

SELECT
  *
FROM
  task
WHERE
  owner_id = ANY('{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512}'::integer[])
ORDER BY
  task_date, id
LIMIT 20;

[глядзець на explain.tensor.ru]

Трохі сумна - мы заказвалі ўсяго 20 запісаў, а Index Scan вярнуў нам 960 радкоў, Якія потым яшчэ і сартаваць прыйшлося ... А давайце паспрабуем чытаць паменш.

unnest + ARRAY

Першае меркаванне, якое нам дапаможа - калі нам трэба ўсяго 20 адсартаваных запісаў, то дастаткова чытаць не больш за 20 адсартаваных у тым жа парадку па кожным ключу. Добра, прыдатны індэкс (owner_id, task_date, id) у нас ёсць.

Скарыстаемся тым жа механізмам вымання і "развароту ў слупкі" цэласнага запісу табліцы, што і ў мінулым артыкуле. А таксама які ўжываецца скрутку ў масіў з дапамогай функцыі ARRAY():

WITH T AS (
  SELECT
    unnest(ARRAY(
      SELECT
        t
      FROM
        task t
      WHERE
        owner_id = unnest
      ORDER BY
        task_date, id
      LIMIT 20 -- ограничиваем тут...
    )) r
  FROM
    unnest('{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512}'::integer[])
)
SELECT
  (r).*
FROM
  T
ORDER BY
  (r).task_date, (r).id
LIMIT 20; -- ... и тут - тоже

[глядзець на explain.tensor.ru]

О, ужо нашмат лепш! На 40% хутчэй, і ў 4.5 разы менш дадзеных прыйшлося чытаць.

Матэрыялізацыя запісаў табліц праз CTEЗвярну ўвагу, што у некаторых выпадках спроба адразу працаваць з палямі запісу пасля яе пошуку ў подзапросе, без «абарочвання» у CTE можа прыводзіць да «мнажэнню» InitPlan прапарцыйна колькасці гэтых самых палёў:

SELECT
  ((
    SELECT
      t
    FROM
      task t
    WHERE
      owner_id = 1
    ORDER BY
      task_date, id
    LIMIT 1
  ).*);

Result  (cost=4.77..4.78 rows=1 width=16) (actual time=0.063..0.063 rows=1 loops=1)
  Buffers: shared hit=16
  InitPlan 1 (returns $0)
    ->  Limit  (cost=0.42..1.19 rows=1 width=48) (actual time=0.031..0.032 rows=1 loops=1)
          Buffers: shared hit=4
          ->  Index Scan using task_owner_id_task_date_id_idx on task t  (cost=0.42..387.57 rows=500 width=48) (actual time=0.030..0.030 rows=1 loops=1)
                Index Cond: (owner_id = 1)
                Buffers: shared hit=4
  InitPlan 2 (returns $1)
    ->  Limit  (cost=0.42..1.19 rows=1 width=48) (actual time=0.008..0.009 rows=1 loops=1)
          Buffers: shared hit=4
          ->  Index Scan using task_owner_id_task_date_id_idx on task t_1  (cost=0.42..387.57 rows=500 width=48) (actual time=0.008..0.008 rows=1 loops=1)
                Index Cond: (owner_id = 1)
                Buffers: shared hit=4
  InitPlan 3 (returns $2)
    ->  Limit  (cost=0.42..1.19 rows=1 width=48) (actual time=0.008..0.008 rows=1 loops=1)
          Buffers: shared hit=4
          ->  Index Scan using task_owner_id_task_date_id_idx on task t_2  (cost=0.42..387.57 rows=500 width=48) (actual time=0.008..0.008 rows=1 loops=1)
                Index Cond: (owner_id = 1)
                Buffers: shared hit=4"
  InitPlan 4 (returns $3)
    ->  Limit  (cost=0.42..1.19 rows=1 width=48) (actual time=0.009..0.009 rows=1 loops=1)
          Buffers: shared hit=4
          ->  Index Scan using task_owner_id_task_date_id_idx on task t_3  (cost=0.42..387.57 rows=500 width=48) (actual time=0.009..0.009 rows=1 loops=1)
                Index Cond: (owner_id = 1)
                Buffers: shared hit=4

Адзін і той жа запіс "пашукаўся" 4 разы… Аж да PostgreSQL 11 такія паводзіны сустракаюцца рэгулярна, і рашэннем з'яўляецца "абарочванне" у CTE, што з'яўляецца безумоўнай мяжой для аптымізатара ў гэтых версіях.

Рэкурсіўны акумулятар

У папярэднім варыянце сумарна мы прачыталі 200 радкоў дзеля патрэбных 20. Ужо не 960, але яшчэ менш - можна?

Давайце паспрабуем скарыстацца веданнем, што нам трэба ўсяго 20 запісаў. Гэта значыць будзем ітэраваць вычытку дадзеных толькі да дасягнення патрэбнай нам колькасці.

Крок 1: стартавы спіс

Відавочна, што наш "мэтавы" спіс з 20 запісаў павінен пачынацца з "першых" запісаў па адным з нашых owner_id-ключоў. Таму спачатку знойдзем такія "самыя першыя" па кожным з ключоў і занясем у спіс, адсартаваўшы яго ў парадку, які жадаем - (task_date, id).

Крок 2: знаходзім "наступныя" запісы

Цяпер, калі мы возьмем з нашага спісу першы запіс і пачнем крочыць далей па індэксе з захаваннем owner_id-ключа, то ўсе знойдзеныя запісы - як раз наступныя ў выніковай выбарцы. Вядома, толькі пакуль мы не перасячэм прыкладны ключ другі запісы ў спісе.

Калі атрымалася, што мы другі запіс "перасеклі", то апошні прачытаны запіс павінен быць дададзены ў спіс замест першай (з тым жа owner_id), пасля чаго спіс ізноў перасартоўваем.

Гэта значыць, у нас увесь час атрымліваецца, што ў спісе ёсць не больш за адзін запіс па кожным з ключоў (калі запісы скончыліся, а мы не «перасеклі», то са спісу першы запіс проста знікне і нічога не дадасца), прычым яны заўсёды адсартаваны у парадку ўзрастання прыкладнога ключа (task_date, id).

Крок 3: фільтруем і "разгортваем" запісы

У частцы радкоў нашай рэкурсіўнай выбаркі некаторыя запісы rv дублююцца — спачатку мы знаходзім такія як «перасякаючую мяжу 2-га запісу спісу», а потым падстаўляем як 1-ю са спісу. Дык вось першае з'яўленне трэба адфільтраваць.

Страшны выніковы запыт

WITH RECURSIVE T AS (
  -- #1 : заносим в список "первые" записи по каждому из ключей набора
  WITH wrap AS ( -- "материализуем" record'ы, чтобы обращение к полям не вызывало умножения InitPlan/SubPlan
    WITH T AS (
      SELECT
        (
          SELECT
            r
          FROM
            task r
          WHERE
            owner_id = unnest
          ORDER BY
            task_date, id
          LIMIT 1
        ) r
      FROM
        unnest('{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512}'::integer[])
    )
    SELECT
      array_agg(r ORDER BY (r).task_date, (r).id) list -- сортируем список в нужном порядке
    FROM
      T
  )
  SELECT
    list
  , list[1] rv
  , FALSE not_cross
  , 0 size
  FROM
    wrap
UNION ALL
  -- #2 : вычитываем записи 1-го по порядку ключа, пока не перешагнем через запись 2-го
  SELECT
    CASE
      -- если ничего не найдено для ключа 1-й записи
      WHEN X._r IS NOT DISTINCT FROM NULL THEN
        T.list[2:] -- убираем ее из списка
      -- если мы НЕ пересекли прикладной ключ 2-й записи
      WHEN X.not_cross THEN
        T.list -- просто протягиваем тот же список без модификаций
      -- если в списке уже нет 2-й записи
      WHEN T.list[2] IS NULL THEN
        -- просто возвращаем пустой список
        '{}'
      -- пересортировываем словарь, убирая 1-ю запись и добавляя последнюю из найденных
      ELSE (
        SELECT
          coalesce(T.list[2] || array_agg(r ORDER BY (r).task_date, (r).id), '{}')
        FROM
          unnest(T.list[3:] || X._r) r
      )
    END
  , X._r
  , X.not_cross
  , T.size + X.not_cross::integer
  FROM
    T
  , LATERAL(
      WITH wrap AS ( -- "материализуем" record
        SELECT
          CASE
            -- если все-таки "перешагнули" через 2-ю запись
            WHEN NOT T.not_cross
              -- то нужная запись - первая из спписка
              THEN T.list[1]
            ELSE ( -- если не пересекли, то ключ остался как в предыдущей записи - отталкиваемся от нее
              SELECT
                _r
              FROM
                task _r
              WHERE
                owner_id = (rv).owner_id AND
                (task_date, id) > ((rv).task_date, (rv).id)
              ORDER BY
                task_date, id
              LIMIT 1
            )
          END _r
      )
      SELECT
        _r
      , CASE
          -- если 2-й записи уже нет в списке, но мы хоть что-то нашли
          WHEN list[2] IS NULL AND _r IS DISTINCT FROM NULL THEN
            TRUE
          ELSE -- ничего не нашли или "перешагнули"
            coalesce(((_r).task_date, (_r).id) < ((list[2]).task_date, (list[2]).id), FALSE)
        END not_cross
      FROM
        wrap
    ) X
  WHERE
    T.size < 20 AND -- ограничиваем тут количество
    T.list IS DISTINCT FROM '{}' -- или пока список не кончился
)
-- #3 : "разворачиваем" записи - порядок гарантирован по построению
SELECT
  (rv).*
FROM
  T
WHERE
  not_cross; -- берем только "непересекающие" записи

[глядзець на explain.tensor.ru]

Такім чынам, мы абмянялі 50% чытанняў дадзеных на 20% часу выканання. Гэта значыць калі ў вас ёсць чыннікі меркаваць, што чытанне можа быць доўгім (напрыклад, дадзеныя часцяком не ў кэшы, і даводзіцца за імі хадзіць на дыск), то такім спосабам можна залежаць ад чытання менш.

У любым выпадку, час выканання атрымалася лепш, чым у "наіўным" першым варыянце. Але якім з гэтых 3 варыянтаў карыстацца - выбіраць вам.

Крыніца: habr.com