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bloom
提供了一種基于布魯姆過濾器的索引訪問方法。
布魯姆過濾器是一種空間高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它被用來測試一個元素是否為一個集合的成員。在索引訪問方法的情況下,它可以通過尺寸在索引創(chuàng)建時決定的簽名來快速地排除不匹配的元組。
簽名是被索引屬性的一種有損表達,并且因此容易報告?zhèn)慰隙?,也就是說對于一個不在集合中的元素有可能報告該元素在集合中。因此索引搜索結(jié)果必須使用來自堆項的實際屬性值進行再次檢查。較大的簽名可以降低偽肯定的幾率并且減少無用的堆訪問的次數(shù),但是這顯然會讓索引更大且掃描起來更慢。
當(dāng)表具有很多屬性并且查詢可能會測試其中任意組合時,這種類型的索引最有用。傳統(tǒng)的 btree 索引比布魯姆索引更快,但是需要很多 btree 索引來支持所有可能的查詢,而對于布魯姆索引來說只需要一個即可。不過要注意 bloom 索引只支持等值查詢,而 btree 索引還能執(zhí)行不等和范圍搜索。
bloom
索引在其WITH
子句中接受下列參數(shù):
length
每個簽名(索引項)的長度位數(shù),它會被圓整成為最近的16
的倍數(shù)。默認是80
位,最長是4096
位。
col1 — col32
從每一個索引列產(chǎn)生的位數(shù)。每個參數(shù)的名字表示它所控制的索引列的編號。默認是2
位,最大是4095
位。沒有實際使用的索引列的參數(shù)會被忽略。
這是一個創(chuàng)建布魯姆索引的例子:
CREATE INDEX bloomidx ON tbloom USING bloom (i1,i2,i3)
WITH (length=80, col1=2, col2=2, col3=4);
該索引是用長度為 80 位的簽名所創(chuàng)建,其中屬性 i1 和 i2 被映射為 2 位,屬性 i3 被映射為 4 位。我們可以省略length
、col1
和col2
說明,因為它們都有默認值。
這里是布魯姆索引定義和使用的更完整的例子,其中還與等效的 btree 做了對比。布魯姆索引比 btree 索引更小,并且效率更高。
=# CREATE TABLE tbloom AS
SELECT
(random() * 1000000)::int as i1,
(random() * 1000000)::int as i2,
(random() * 1000000)::int as i3,
(random() * 1000000)::int as i4,
(random() * 1000000)::int as i5,
(random() * 1000000)::int as i6
FROM
generate_series(1,10000000);
SELECT 10000000
在這個大表上的順序掃描需要很長時間:
=# EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM tbloom WHERE i2 = 898732 AND i5 = 123451;
QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------?-----------------------------------
Seq Scan on tbloom (cost=0.00..2137.14 rows=3 width=24) (actual time=15.480..15.480 rows=0 loops=1)
Filter: ((i2 = 898732) AND (i5 = 123451))
Rows Removed by Filter: 100000
Planning Time: 0.340 ms
Execution Time: 15.501 ms
(5 rows)
即使定義了btree索引,結(jié)果將仍然是順序掃描:
=# CREATE INDEX btreeidx ON tbloom (i1, i2, i3, i4, i5, i6);
CREATE INDEX
=# SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('btreeidx'));
pg_size_pretty
----------------
3976 kB
(1 row)
=# EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM tbloom WHERE i2 = 898732 AND i5 = 123451;
QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------?-----------------------------------
Seq Scan on tbloom (cost=0.00..2137.00 rows=2 width=24) (actual time=12.604..12.604 rows=0 loops=1)
Filter: ((i2 = 898732) AND (i5 = 123451))
Rows Removed by Filter: 100000
Planning Time: 0.155 ms
Execution Time: 12.617 ms
(5 rows)
在處理這類搜索時,bloom 比 btree 更好:
=# CREATE INDEX bloomidx ON tbloom USING bloom (i1, i2, i3, i4, i5, i6);
CREATE INDEX
=# SELECT pg_size_pretty(pg_relation_size('bloomidx'));
pg_size_pretty
----------------
1584 kB
(1 row)
=# EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM tbloom WHERE i2 = 898732 AND i5 = 123451;
QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------?--------------------------------------------------
Bitmap Heap Scan on tbloom (cost=1792.00..1799.69 rows=2 width=24) (actual time=0.384..0.384 rows=0 loops=1)
Recheck Cond: ((i2 = 898732) AND (i5 = 123451))
Rows Removed by Index Recheck: 26
Heap Blocks: exact=26
-> Bitmap Index Scan on bloomidx (cost=0.00..1792.00 rows=2 width=0) (actual time=0.350..0.350 rows=26 loops=1)
Index Cond: ((i2 = 898732) AND (i5 = 123451))
Planning Time: 0.122 ms
Execution Time: 0.407 ms
(8 rows)
現(xiàn)在,btree 搜索的主要問題是,當(dāng)搜索條件不約束前幾個索引列時,btree 的效率不好。對于 btree 更好的策略是在每一列上創(chuàng)建一個獨立的索引。那么規(guī)劃器將選擇這樣的計劃:
=# CREATE INDEX btreeidx1 ON tbloom (i1);
CREATE INDEX
=# CREATE INDEX btreeidx2 ON tbloom (i2);
CREATE INDEX
=# CREATE INDEX btreeidx3 ON tbloom (i3);
CREATE INDEX
=# CREATE INDEX btreeidx4 ON tbloom (i4);
CREATE INDEX
=# CREATE INDEX btreeidx5 ON tbloom (i5);
CREATE INDEX
=# CREATE INDEX btreeidx6 ON tbloom (i6);
CREATE INDEX
=# EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM tbloom WHERE i2 = 898732 AND i5 = 123451;
QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------?--------------------------------------------------------
Bitmap Heap Scan on tbloom (cost=24.34..32.03 rows=2 width=24) (actual time=0.032..0.033 rows=0 loops=1)
Recheck Cond: ((i5 = 123451) AND (i2 = 898732))
-> BitmapAnd (cost=24.34..24.34 rows=2 width=0) (actual time=0.029..0.030 rows=0 loops=1)
-> Bitmap Index Scan on btreeidx5 (cost=0.00..12.04 rows=500 width=0) (actual time=0.029..0.029 rows=0 loops=1)
Index Cond: (i5 = 123451)
-> Bitmap Index Scan on btreeidx2 (cost=0.00..12.04 rows=500 width=0) (never executed)
Index Cond: (i2 = 898732)
Planning Time: 0.537 ms
Execution Time: 0.064 ms
(9 rows)
盡管這個查詢運行起來比在其中任一單個索引上都快,但是我們在索引尺寸上付出了代價。 每一個單列 btree 索引占用 2 MB,因此總的空間會超過 12 MB,這是bloom索引所使用的空間的 8 倍。
用于布魯姆索引的操作符類只要一個用于被索引數(shù)據(jù)類型的哈希函數(shù)以及一個用于搜索的等值操作符。這個例子展示了用于text
數(shù)據(jù)類型的操作符類定義:
CREATE OPERATOR CLASS text_ops
DEFAULT FOR TYPE text USING bloom AS
OPERATOR 1 =(text, text),
FUNCTION 1 hashtext(text);
在模塊中只包括了用于int4
以及text
的操作符類。
搜索只支持=
操作符。但是未來可以為帶合并和交集操作的數(shù)組增加支持。
bloom
訪問方法不支持UNIQUE
索引。
bloom
訪問方法不支持對NULL
值的搜索。
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