PostgreSQL GIN 单列聚集索引应用

2021-11-25 05:36:11

背景

聚集存储比较好理解，数据按照聚集KEY存储在一个或相邻的数据块中，对聚集KEY的轨迹、行为数据检索可以大幅减少IO。

那么聚集索引呢？我们知道通常BTREE索引中存储的是KEY以及对应数据的堆表行号，每条记录一个索引条目。

而GIN索引也是树结构，只不过它对于单个KEY只存储一个条目，所有行号会存储到一个posting list或者posting tree中。

因此这样的场景能体现GIN的几个优势

1. 对于带重复KEY的轨迹、行为数据，建立GIN索引的话，可以节约一些空间。

2. 在使用GIN索引扫描单个KEY时，如果要输出所有的轨迹数据，也能获得非常好的查询效率。

我们使用这里同样的例子，来测试一下就知道了

《PostgreSQL 聚集存储与 BRIN索引 - 高并发行为、轨迹类大吞吐数据查询场景解说》

正文

1. 构建离散存储测试数据，创建GIN索引

create unlogged table test(id int, info text, crt_time timestamp);    

insert into test select generate_series(1,10000), md5(id::text), clock_timestamp() from generate_series(1,10000) t(id);    

postgres=# \dt+    
                           List of relations    
 Schema |        Name        | Type  |  Owner   |  Size   | Description     
--------+--------------------+-------+----------+---------+-------------    
 public | test               | table | postgres | 7303 MB |     

set maintenance_work_mem='32GB';  

create index idx_test_id on test using gin (id);  

\di+ idx_test_id  

 public | idx_test_id              | index | postgres | test               | 391 MB     |   

postgres=# explain (analyze,verbose,timing,costs,buffers) select * from test where id=1;  
                                                         QUERY PLAN                                                           
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Bitmap Heap Scan on public.test  (cost=84.79..12541.74 rows=9767 width=45) (actual time=3.808..17.915 rows=10000 loops=1)  
   Output: id, info, crt_time  
   Recheck Cond: (test.id = 1)  
   Heap Blocks: exact=10000  
   Buffers: shared hit=10008  
   ->  Bitmap Index Scan on idx_test_id  (cost=0.00..82.35 rows=9767 width=0) (actual time=1.962..1.962 rows=10000 loops=1)  
         Index Cond: (test.id = 1)  
         Buffers: shared hit=8  
 Planning time: 0.092 ms  
 Execution time: 18.480 ms  
(10 rows)

测试

$ vi test.sql    

\set id random(1,10000)    
select * from test where id=:id;    

$ pgbench -M prepared -n -r -P 1 -f ./test.sql -c 64 -j 64 -T 100000

2. 构建聚集存储测试数据，创建GIN索引

create unlogged table cluster_test_gin (like test);    

insert into cluster_test_gin select * from test order by id;    

set maintenance_work_mem ='32GB';    

create index idx_cluster_test_gin_id on cluster_test_gin using gin (id);    

postgres=# explain (analyze,verbose,timing,costs,buffers) select * from cluster_test_gin where id=1;  
                                                               QUERY PLAN                                                                  
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Bitmap Heap Scan on public.cluster_test_gin  (cost=90.83..13732.45 rows=10714 width=45) (actual time=1.037..2.236 rows=10000 loops=1)  
   Output: id, info, crt_time  
   Recheck Cond: (cluster_test_gin.id = 1)  
   Heap Blocks: exact=94  
   Buffers: shared hit=100  
   ->  Bitmap Index Scan on idx_cluster_test_gin_id  (cost=0.00..88.16 rows=10714 width=0) (actual time=1.010..1.010 rows=10000 loops=1)  
         Index Cond: (cluster_test_gin.id = 1)  
         Buffers: shared hit=6  
 Planning time: 0.092 ms  
 Execution time: 2.791 ms  
(10 rows)

测试

$ vi test.sql    

\set id random(1,10000)    
select * from cluster_test_gin where id=:id;    

$ pgbench -M prepared -n -r -P 1 -f ./test.sql -c 64 -j 64 -T 100000

测试结果

存储格式	按KEY查询轨迹 TPS	输出吞吐	CPU利用率	索引大小	表大小
离散存储 BTREE索引	2184	2184 万行/s	99.8%	2.1 GB	7.3 GB
离散存储 GIN索引	1620	1620 万行/s	99.8%	391 MB	7.3 GB
聚集存储 BTREE索引	4000	4000 万行/s	99.8%	2.1 GB	7.3 GB
聚集存储 GIN索引	3770	3770 万行/s	99.8%	391 MB	7.3 GB
聚集存储 BRIN索引	2255	2255 万行/s	99.8%	232 KB	7.3 GB
行列变换 array	850	850 行/s	99.8%	248 KB	4.5 GB
行列变换 jsonb	1650	1650 行/s	99.8%	248 KB	4.5 GB