PostgreSQL CBO與統計信息
點擊上方“IT那活兒”公眾號，關注后了解更多內容，不管IT什么活兒，干就完了！！！當數據庫執行一條SQL時，從發起SQL到返回結果集，數據庫引擎通常有2種方式用來優化執行計劃(執行計劃詳見《窺探PostgreSQL執行計劃》),從而降低資源開銷提升響應時間。具體如下：在CBO模式下，由于開銷都是估算值，所以精確性嚴重依賴于統計信息(比如表大小,行數,字段數據分布情況,是否存在索引),當表的統計信息越接近表的真實數據時,CBO優化器的估算值則越準確,產生的執行計劃也更佳準確 ; 當統計信息與真實數據差異過大時,CBO的估算值精確性將無法得到保證，這時往往產生錯誤的執行計劃，從而引發SQL性能類故障。了解了CBO優化器以及統計信息的概述后，接下來我們將PostgreSQL為例進行實際案例演示：由于這個查詢沒有WHERE子句，它必須掃描表中的所有行，因此計劃器只能選擇使用一個簡單的順序掃描計劃。被包含在圓括號中的數字是（從左至右）：
- 0.00,估計的啟動開銷。在輸出階段可以開始之前消耗的時間。
- 11173.00,估計的總開銷。這個估計值基于的假設是計劃結點會被運行到完成，即所有可用的行都被檢索。
- rows=500000,這個計劃結點輸出行數的估計值。同樣，也假定該結點能運行到完成。
- width=70,預計這個計劃結點輸出的行平均寬度（以字節計算）。
注意各個版本計算公式可能存在稍許差異，大致可以參考如下公式：總成本=seq_page_cost*relpages+cpu_tuple_cost*reltuples這里涉及了postgresql幾個參數：
- seq_page_cost：連續塊掃描操作的單個塊的cost. 例如全表掃描.
- random_page_cost：隨機塊掃描操作的單個塊的cost. 例如索引掃描.
- cpu_tuple_cost：處理每條記錄的CPU開銷（tuple：關系中的一行記錄）.
- cpu_index_tuple_cost：掃描每個索引條目帶來的CPU開銷.
- cpu_operator_cost：操作符或函數帶來的CPU開銷.
1*6173+0.01*500000 =11173;與前文Cost值11173對應。
這里是索引掃描，注意各個版本計算公式可能存在稍許差異，大致可以參考如下公式：cost= 2*random_page_cost + cpu_tuple_cost +cpu_index_tuple_cost +100* cpu_operator_cost其中random_page_cost *2 為先讀取indexpage, 再回表 datapage從而進行了2次隨機IO。我們再來看一個統計信息差異過大導致的執行計劃錯誤的案例：可以看到在行數較少時，雖然tid字段有索引，但是CBO考慮到索引的隨機掃描(random_page_cost)且需要加上回表(再次random_page_cost)的總Cost大于全表的seq_page_cost,則執行計劃選擇了錯誤的全表掃描方式。注：
Cost全表=1* 4+ 59*0.01 = 4.59,與圖中估算值1.74存在些許差異.
Cost索引=2*4+0.01+0.25=8.26,與圖中估算值8.44存在些許差異.
由于全表Cost比索引Cost低，則CBO優化器將選擇全表掃描方式.
在我們發起analyzetable更新統計信息后,CBO根據page以及tuple重新進行Cost計算并及時更新執行計劃為索引掃描。注：
- Cost全表=3703*4 + 299908*0.01 =15111;大致估算值.
- Cost索引=2*4+0.01+0.25=8.26,與圖中估算值8.44存在些許差異.
- 由于索引Cost比全表Cost低，則CBO優化器將選擇索引掃描方式.
由于統計信息的準確性將直接影響到CBOCost計算的準確性，可以確認統計信息的維護工作將是DBA日常工作中的重中之重。下面我們在來看一下PostgreSQL中的統計信息知識點：PostgreSQL的統計收集器是一個支持收集和報告服務器活動信息的子系統。目前這個收集器可以對表和索引的訪問計數，計數可以按磁盤塊和個體行來進行。它還跟蹤每個表中的總行數、每個表的清理和分析動作的信息。它也統計調用用戶定義函數的次數以及在每次調用中花費的總時間。因為統計信息的收集給系統增加了一些額外負荷，系統可以被配置為自動收集或部分收集或不收集信息。這由配置參數控制，如下：
- track_activities允許監控當前被任意服務器進程執行的命令。
- track_counts 控制是否收集關于表和索引訪問的統計信息。
- track_functions啟用對用戶定義函數使用的跟蹤。
- track_io_timing啟用對塊讀寫次數的監控。
Verbose選項輸出詳細的INFO信息,包含正常行，已刪除的行,數據page等等信息。注：由于pg的mvcc采用tuple模式,刪除的行只是標記為delete狀態，數據仍然保留在表中，通過deadrows可用用來作為vacuum的判斷依據,這里vacuum不再展開介紹。表的統計信息收集采樣比例可以在表列級指定或使用系統參數default_statistics_target值;該值范圍在1-10000，可以理解為值越大采樣比例越高，耗時越長,默認值為100。日常運維過程中當發現采樣比例不夠時可在表列級擴大該值。一旦指定列的statistics值后，PostgreSQL就不再參考默認的default_statistics_target值，它會先去系統表pg_attribute的對應表對應字段的attstattarget值：
- 如果是-1，表示的是該列的取樣顆粒度是采用默認的值（default_statistics_target）；
- 如果是大于0的，那么就表示是使用著自己手動定義的。
比如我們修改t_user.tid通過STATISTICS150，查看attstattarget值的變化：
圖中tid列的statisticstarget值已更新為150.以上就是一個從CBO優化器到統計信息的一個完整了解過程，本文就到此為止。
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