支持的版本:当前 (17) / 16 / 15 / 14 / 13
开发版本:devel
不支持的版本:12 / 11 / 10 / 9.6 / 9.5

64.5. BRIN 索引 #

64.5.1. 简介 #

BRIN代表块范围索引(Block Range Index)。BRIN专为处理某些列与其在表中的物理位置具有某种自然相关性的大型表而设计。

BRIN块范围(或页范围)为单位工作。块范围是表中物理上相邻的一组页;对于每个块范围,索引会存储一些摘要信息。例如,存储商店销售订单的表可能有一个日期列,记录每个订单的下单时间,并且大多数情况下,较早订单的条目也会出现在表中的较早位置;存储邮政编码列的表可能会将一个城市的所有邮政编码自然地分组在一起。

BRIN索引可以通过常规的位图索引扫描来满足查询,并且如果索引存储的摘要信息与查询条件一致,则会返回每个范围内所有页的所有元组。查询执行器负责重新检查这些元组,并丢弃不匹配查询条件的元组 — 换句话说,这些索引是有损的。由于BRIN索引非常小,扫描索引相比顺序扫描增加的开销很小,但可以避免扫描已知不包含匹配元组的表的大部分区域。

一个BRIN索引将存储的特定数据,以及索引能够满足的特定查询,取决于为索引的每一列选择的操作符类。例如,具有线性排序顺序的数据类型可以具有操作符类,用于存储每个块范围内的最小值和最大值;几何类型可能会存储块范围内所有对象的边界框。

块范围的大小在创建索引时由 pages_per_range 存储参数确定。索引条目的数量将等于关系的大小(以页为单位)除以所选的 pages_per_range 值。因此,数字越小,索引变得越大(因为需要存储更多的索引条目),但同时存储的摘要数据可以更精确,并且在索引扫描期间可以跳过更多的数据块。

64.5.1.1. 索引维护 #

在创建时,会扫描所有现有的堆页,并为每个范围创建一个摘要索引元组,包括末尾可能不完整的范围。当新页面填充数据时,已摘要的页面范围将使用来自新元组的数据更新摘要信息。当创建一个不属于最后一个摘要范围内的新页面时,该新页面所属的范围不会自动获取摘要元组;这些元组将保持未摘要状态,直到稍后调用摘要运行,为该范围创建初始摘要。

有几种方法可以触发页面范围的初始摘要。如果表被清理,无论是手动还是通过 自动清理,所有现有的未摘要页面范围都会被摘要。此外,如果索引的 autosummarize 参数已启用(默认情况下未启用),则每当自动清理在该数据库中运行时,都会对所有已填充的未摘要页面范围执行摘要,无论该表本身是否被自动清理处理;请参见下文。

最后,可以使用以下函数(在这些函数运行时,search_path 会临时更改为 pg_catalog, pg_temp

brin_summarize_new_values(regclass),它会摘要所有未摘要的范围;
brin_summarize_range(regclass, bigint),它只摘要包含给定页面的范围(如果该范围未摘要)。

当启用自动摘要时,当检测到下一个块范围的第一页的第一个项目插入时,会向 autovacuum 发送请求,以对该块范围执行有针对性的摘要,以便下次自动清理工作进程在同一数据库中完成运行时执行。如果请求队列已满,则不会记录请求,并且会向服务器日志发送消息

LOG:  request for BRIN range summarization for index "brin_wi_idx" page 128 was not recorded

发生这种情况时,该范围将保持未摘要状态,直到下次对该表进行常规清理运行,或调用上述函数之一。

相反,可以使用 brin_desummarize_range(regclass, bigint) 函数取消摘要一个范围,当索引元组不再是一个很好的表示时(因为现有值已更改),这会很有用。有关详细信息,请参见 第 9.28.8 节

64.5.2. 内置操作符类 #

核心 PostgreSQL 发行版包括BRIN表 64.4 中显示的操作符类。

minmax 操作符类存储范围内索引列中出现的最小值和最大值。inclusion 操作符类存储一个值,该值包含范围内索引列中的值。bloom 操作符类为范围内的所有值构建一个 Bloom 过滤器。minmax-multi 操作符类存储多个最小值和最大值,表示范围内索引列中出现的值。

表 64.4. 内置BRIN操作符类

名称 可索引操作符
bit_minmax_ops = (bit,bit)
< (bit,bit)
> (bit,bit)
<= (bit,bit)
>= (bit,bit)
box_inclusion_ops @> (box,point)
<< (box,box)
&< (box,box)
&> (box,box)
>> (box,box)
<@ (box,box)
@> (box,box)
~= (box,box)
&& (box,box)
<<| (box,box)
&<| (box,box)
|&> (box,box)
|>> (box,box)
bpchar_bloom_ops = (character,character)
bpchar_minmax_ops = (character,character)
< (character,character)
<= (character,character)
> (character,character)
>= (character,character)
bytea_bloom_ops = (bytea,bytea)
bytea_minmax_ops = (bytea,bytea)
< (bytea,bytea)
<= (bytea,bytea)
> (bytea,bytea)
>= (bytea,bytea)
char_bloom_ops = ("char","char")
char_minmax_ops = ("char","char")
< ("char","char")
<= ("char","char")
> ("char","char")
>= ("char","char")
date_bloom_ops = (date,date)
date_minmax_ops = (date,date)
< (date,date)
<= (date,date)
> (date,date)
>= (date,date)
date_minmax_multi_ops = (date,date)
< (date,date)
<= (date,date)
> (date,date)
>= (date,date)
float4_bloom_ops = (float4,float4)
float4_minmax_ops = (float4,float4)
< (float4,float4)
> (float4,float4)
<= (float4,float4)
>= (float4,float4)
float4_minmax_multi_ops = (float4,float4)
< (float4,float4)
> (float4,float4)
<= (float4,float4)
>= (float4,float4)
float8_bloom_ops = (float8,float8)
float8_minmax_ops = (float8,float8)
< (float8,float8)
<= (float8,float8)
> (float8,float8)
>= (float8,float8)
float8_minmax_multi_ops = (float8,float8)
< (float8,float8)
<= (float8,float8)
> (float8,float8)
>= (float8,float8)
inet_inclusion_ops << (inet,inet)
<<= (inet,inet)
>> (inet,inet)
>>= (inet,inet)
= (inet,inet)
&& (inet,inet)
inet_bloom_ops = (inet,inet)
inet_minmax_ops = (inet,inet)
< (inet,inet)
<= (inet,inet)
> (inet,inet)
>= (inet,inet)
inet_minmax_multi_ops = (inet,inet)
< (inet,inet)
<= (inet,inet)
> (inet,inet)
>= (inet,inet)
int2_bloom_ops = (int2,int2)
int2_minmax_ops = (int2,int2)
< (int2,int2)
> (int2,int2)
<= (int2,int2)
>= (int2,int2)
int2_minmax_multi_ops = (int2,int2)
< (int2,int2)
> (int2,int2)
<= (int2,int2)
>= (int2,int2)
int4_bloom_ops = (int4,int4)
int4_minmax_ops = (int4,int4)
< (int4,int4)
> (int4,int4)
<= (int4,int4)
>= (int4,int4)
int4_minmax_multi_ops = (int4,int4)
< (int4,int4)
> (int4,int4)
<= (int4,int4)
>= (int4,int4)
int8_bloom_ops = (bigint,bigint)
int8_minmax_ops = (bigint,bigint)
< (bigint,bigint)
> (bigint,bigint)
<= (bigint,bigint)
>= (bigint,bigint)
int8_minmax_multi_ops = (bigint,bigint)
< (bigint,bigint)
> (bigint,bigint)
<= (bigint,bigint)
>= (bigint,bigint)
interval_bloom_ops = (interval,interval)
interval_minmax_ops = (interval,interval)
< (interval,interval)
<= (interval,interval)
> (interval,interval)
>= (interval,interval)
interval_minmax_multi_ops = (interval,interval)
< (interval,interval)
<= (interval,interval)
> (interval,interval)
>= (interval,interval)
macaddr_bloom_ops = (macaddr,macaddr)
macaddr_minmax_ops = (macaddr,macaddr)
< (macaddr,macaddr)
<= (macaddr,macaddr)
> (macaddr,macaddr)
>= (macaddr,macaddr)
macaddr_minmax_multi_ops = (macaddr,macaddr)
< (macaddr,macaddr)
<= (macaddr,macaddr)
> (macaddr,macaddr)
>= (macaddr,macaddr)
macaddr8_bloom_ops = (macaddr8,macaddr8)
macaddr8_minmax_ops = (macaddr8,macaddr8)
< (macaddr8,macaddr8)
<= (macaddr8,macaddr8)
> (macaddr8,macaddr8)
>= (macaddr8,macaddr8)
macaddr8_minmax_multi_ops = (macaddr8,macaddr8)
< (macaddr8,macaddr8)
<= (macaddr8,macaddr8)
> (macaddr8,macaddr8)
>= (macaddr8,macaddr8)
name_bloom_ops = (name,name)
name_minmax_ops = (name,name)
< (name,name)
<= (name,name)
> (name,name)
>= (name,name)
numeric_bloom_ops = (numeric,numeric)
numeric_minmax_ops = (numeric,numeric)
< (numeric,numeric)
<= (numeric,numeric)
> (numeric,numeric)
>= (numeric,numeric)
numeric_minmax_multi_ops = (numeric,numeric)
< (numeric,numeric)
<= (numeric,numeric)
> (numeric,numeric)
>= (numeric,numeric)
oid_bloom_ops = (oid,oid)
oid_minmax_ops = (oid,oid)
< (oid,oid)
> (oid,oid)
<= (oid,oid)
>= (oid,oid)
oid_minmax_multi_ops = (oid,oid)
< (oid,oid)
> (oid,oid)
<= (oid,oid)
>= (oid,oid)
pg_lsn_bloom_ops = (pg_lsn,pg_lsn)
pg_lsn_minmax_ops = (pg_lsn,pg_lsn)
< (pg_lsn,pg_lsn)
> (pg_lsn,pg_lsn)
<= (pg_lsn,pg_lsn)
>= (pg_lsn,pg_lsn)
pg_lsn_minmax_multi_ops = (pg_lsn,pg_lsn)
< (pg_lsn,pg_lsn)
> (pg_lsn,pg_lsn)
<= (pg_lsn,pg_lsn)
>= (pg_lsn,pg_lsn)
range_inclusion_ops = (anyrange,anyrange)
< (anyrange,anyrange)
<= (anyrange,anyrange)
>= (anyrange,anyrange)
> (anyrange,anyrange)
&& (anyrange,anyrange)
@> (anyrange,anyelement)
@> (anyrange,anyrange)
<@ (anyrange,anyrange)
<< (anyrange,anyrange)
>> (anyrange,anyrange)
&< (anyrange,anyrange)
&> (anyrange,anyrange)
-|- (anyrange,anyrange)
text_bloom_ops = (text,text)
text_minmax_ops = (text,text)
< (text,text)
<= (text,text)
> (text,text)
>= (text,text)
tid_bloom_ops = (tid,tid)
tid_minmax_ops = (tid,tid)
< (tid,tid)
> (tid,tid)
<= (tid,tid)
>= (tid,tid)
tid_minmax_multi_ops = (tid,tid)
< (tid,tid)
> (tid,tid)
<= (tid,tid)
>= (tid,tid)
timestamp_bloom_ops = (timestamp,timestamp)
timestamp_minmax_ops = (timestamp,timestamp)
< (timestamp,timestamp)
<= (timestamp,timestamp)
> (timestamp,timestamp)
>= (timestamp,timestamp)
timestamp_minmax_multi_ops = (timestamp,timestamp)
< (timestamp,timestamp)
<= (timestamp,timestamp)
> (timestamp,timestamp)
>= (timestamp,timestamp)
timestamptz_bloom_ops = (timestamptz,timestamptz)
timestamptz_minmax_ops = (timestamptz,timestamptz)
< (timestamptz,timestamptz)
<= (timestamptz,timestamptz)
> (timestamptz,timestamptz)
>= (timestamptz,timestamptz)
timestamptz_minmax_multi_ops = (timestamptz,timestamptz)
< (timestamptz,timestamptz)
<= (timestamptz,timestamptz)
> (timestamptz,timestamptz)
>= (timestamptz,timestamptz)
time_bloom_ops = (time,time)
time_minmax_ops = (time,time)
< (time,time)
<= (time,time)
> (time,time)
>= (time,time)
time_minmax_multi_ops = (time,time)
< (time,time)
<= (time,time)
> (time,time)
>= (time,time)
timetz_bloom_ops = (timetz,timetz)
timetz_minmax_ops = (timetz,timetz)
< (timetz,timetz)
<= (timetz,timetz)
> (timetz,timetz)
>= (timetz,timetz)
timetz_minmax_multi_ops = (timetz,timetz)
< (timetz,timetz)
<= (timetz,timetz)
> (timetz,timetz)
>= (timetz,timetz)
uuid_bloom_ops = (uuid,uuid)
uuid_minmax_ops = (uuid,uuid)
< (uuid,uuid)
> (uuid,uuid)
<= (uuid,uuid)
>= (uuid,uuid)
uuid_minmax_multi_ops = (uuid,uuid)
< (uuid,uuid)
> (uuid,uuid)
<= (uuid,uuid)
>= (uuid,uuid)
varbit_minmax_ops = (varbit,varbit)
< (varbit,varbit)
> (varbit,varbit)
<= (varbit,varbit)
>= (varbit,varbit)

64.5.2.1. 操作符类参数 #

一些内置的操作符类允许指定影响操作符类行为的参数。每个操作符类都有自己允许的参数集。只有 bloomminmax-multi 操作符类允许指定参数。

bloom 操作符类接受以下参数

n_distinct_per_range

定义块范围中估计的不同非空值的数量,由BRINbloom 索引用于调整 Bloom 过滤器的大小。它的行为类似于 ALTER TABLEn_distinct 选项。当设置为正值时,假设每个块范围包含此数量的不同非空值。当设置为负值时(必须大于或等于 -1),假设不同非空值的数量随块范围中可能的最大元组数(大约每块 290 行)线性增长。默认值为 -0.1,最小的不同非空值数为 16

false_positive_rate

定义BRINbloom 索引用于调整 Bloom 过滤器大小的期望误报率。值必须在 0.0001 和 0.25 之间。默认值为 0.01,即 1% 的误报率。

minmax-multi 操作符类接受以下参数

values_per_range

定义BRINminmax 索引用于汇总块范围的最大值数。每个值可以表示一个点或一个间隔的边界。值必须在 8 到 256 之间,默认值为 32。

64.5.3. 可扩展性 #

BRIN接口具有高度的抽象性,要求访问方法实现者仅实现被访问的数据类型的语义。该BRIN层本身负责并发、日志记录和搜索索引结构。

要使一个BRIN访问方法工作,只需要实现一些用户定义的方法,这些方法定义索引中存储的摘要值的行为以及它们与扫描键交互的方式。简而言之,BRIN结合了可扩展性、通用性、代码重用和一个干净的接口。

一个用于BRIN的操作符类必须提供四个方法

BrinOpcInfo *opcInfo(Oid type_oid)

返回有关索引列的摘要数据的内部信息。返回值必须指向一个 palloc 的 BrinOpcInfo,它具有以下定义

typedef struct BrinOpcInfo
{
    /* Number of columns stored in an index column of this opclass */
    uint16      oi_nstored;

    /* Opaque pointer for the opclass' private use */
    void       *oi_opaque;

    /* Type cache entries of the stored columns */
    TypeCacheEntry *oi_typcache[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER];
} BrinOpcInfo;

BrinOpcInfo.oi_opaque 可以被操作符类例程用来在索引扫描期间在支持函数之间传递信息。

bool consistent(BrinDesc *bdesc, BrinValues *column, ScanKey *keys, int nkeys)

返回所有 ScanKey 条目是否与给定范围的索引值一致。要使用的属性编号作为扫描键的一部分传递。可以一次传递同一属性的多个扫描键;条目数由 nkeys 参数确定。

bool consistent(BrinDesc *bdesc, BrinValues *column, ScanKey key)

返回 ScanKey 是否与给定范围的索引值一致。要使用的属性编号作为扫描键的一部分传递。这是 consistent 函数的旧的向后兼容变体。

bool addValue(BrinDesc *bdesc, BrinValues *column, Datum newval, bool isnull)

给定一个索引元组和一个索引值,修改元组的指定属性,使其额外表示新值。如果对元组进行了任何修改,则返回 true

bool unionTuples(BrinDesc *bdesc, BrinValues *a, BrinValues *b)

合并两个索引元组。给定两个索引元组,修改第一个元组的指定属性,使其表示两个元组。不修改第二个元组。

用于BRIN的操作符类可以选择指定以下方法

void options(local_relopts *relopts)

定义一组用户可见的参数,这些参数控制操作符类的行为。

options 函数被传递一个指向 local_relopts 结构的指针,该结构需要填充一组特定于操作符类的选项。可以使用 PG_HAS_OPCLASS_OPTIONS()PG_GET_OPCLASS_OPTIONS() 宏从其他支持函数访问这些选项。

由于索引值的键提取和在BRIN中的键表示都是灵活的,它们可能取决于用户指定的参数。

核心发行版包括对四种类型的操作符类的支持:minmax、minmax-multi、inclusion 和 bloom。使用它们的操作符类定义会根据需要为核心数据类型提供。用户可以使用等效的定义为其他数据类型定义其他操作符类,而无需编写任何源代码;声明适当的目录条目就足够了。请注意,关于操作符策略语义的假设嵌入在支持函数的源代码中。

只要编写上述四个主要支持函数的实现,就可以实现具有完全不同语义的操作符类。请注意,不保证跨主要版本的向后兼容性:例如,在以后的版本中可能需要额外的支持函数。

要为实现完全有序集的数据类型编写操作符类,可以使用 minmax 支持函数和相应的操作符,如 表 64.5 所示。所有操作符类成员(函数和操作符)都是强制性的。

表 64.5. Minmax 操作符类的函数和支持编号

操作符类成员 对象
支持函数 1 内部函数 brin_minmax_opcinfo()
支持函数 2 内部函数 brin_minmax_add_value()
支持函数 3 内部函数 brin_minmax_consistent()
支持函数 4 内部函数 brin_minmax_union()
操作符策略 1 小于操作符
操作符策略 2 小于或等于操作符
操作符策略 3 等于操作符
操作符策略 4 大于或等于操作符
操作符策略 5 大于操作符

要为具有包含在另一种类型中的值的复杂数据类型编写操作符类,可以使用 inclusion 支持函数和相应的操作符,如 表 64.6 所示。它只需要一个额外的函数,该函数可以使用任何语言编写。可以为其他功能定义更多函数。所有操作符都是可选的。某些操作符需要其他操作符,如表中的依赖项所示。

表 64.6. Inclusion 操作符类的函数和支持编号

操作符类成员 对象 依赖项
支持函数 1 内部函数 brin_inclusion_opcinfo()  
支持函数 2 内部函数 brin_inclusion_add_value()  
支持函数 3 内部函数 brin_inclusion_consistent()  
支持函数 4 内部函数 brin_inclusion_union()  
支持函数 11 用于合并两个元素的函数  
支持函数 12 用于检查两个元素是否可合并的可选函数  
支持函数 13 用于检查一个元素是否包含在另一个元素中的可选函数  
支持函数 14 用于检查元素是否为空的可选函数  
操作符策略 1 左侧操作符 操作符策略 4
操作符策略 2 不向右扩展的操作符 操作符策略 5
操作符策略 3 重叠操作符  
操作符策略 4 不向左扩展的操作符 操作符策略 1
操作符策略 5 右侧操作符 操作符策略 2
操作符策略 6, 18 相同或等于操作符 操作符策略 7
操作符策略 7, 16, 24, 25 包含或等于操作符  
操作符策略 8, 26, 27 被包含或等于操作符 操作符策略 3
操作符策略 9 不向上扩展的操作符 操作符策略 11
操作符策略 10 下方操作符 操作符策略 12
操作符策略 11 上方操作符 操作符策略 9
操作符策略 12 不向下扩展的操作符 操作符策略 10
操作符策略 20 小于操作符 操作符策略 5
操作符策略 21 小于或等于操作符 操作符策略 5
操作符策略 22 大于操作符 操作符策略 1
操作符策略 23 大于或等于操作符 操作符策略 1

支持函数编号 1 到 10 保留给 BRIN 内部函数使用,因此 SQL 级别的函数从编号 11 开始。支持函数编号 11 是构建索引所需的主函数。它应该接受两个与操作符类具有相同数据类型的参数,并返回它们的并集。如果包含操作符类使用 STORAGE 参数定义,则可以存储具有不同数据类型的并集值。并集函数的返回值应与 STORAGE 数据类型匹配。

提供支持函数编号 12 和 14 是为了支持内置数据类型的不规则性。函数编号 12 用于支持来自不同家族的不可合并的网络地址。函数编号 14 用于支持空范围。函数编号 13 是一个可选但推荐的函数,它允许在新值传递给并集函数之前进行检查。由于当并集未更改时,BRIN 框架可以跳过一些操作,因此使用此函数可以提高索引性能。

要为只实现相等操作符并支持哈希的数据类型编写操作符类,可以使用 bloom 支持过程以及相应的操作符,如表 64.7所示。所有操作符类成员(过程和操作符)都是强制性的。

表 64.7. Bloom 操作符类的过程和支持编号

操作符类成员 对象
支持过程 1 内部函数 brin_bloom_opcinfo()
支持过程 2 内部函数 brin_bloom_add_value()
支持过程 3 内部函数 brin_bloom_consistent()
支持过程 4 内部函数 brin_bloom_union()
支持过程 5 内部函数 brin_bloom_options()
支持过程 11 计算元素哈希的函数
操作符策略 1 等于操作符

支持过程编号 1-10 保留给 BRIN 内部函数使用,因此 SQL 级别的函数从编号 11 开始。支持函数编号 11 是构建索引所需的主函数。它应该接受一个与操作符类具有相同数据类型的参数,并返回该值的哈希值。

minmax-multi 操作符类也适用于实现完全有序集的数据类型,并且可以看作是 minmax 操作符类的简单扩展。虽然 minmax 操作符类将每个块范围的值汇总到一个连续的间隔中,但 minmax-multi 允许汇总到多个较小的间隔中,以改进对异常值的处理。可以使用 minmax-multi 支持过程以及相应的操作符,如表 64.8所示。所有操作符类成员(过程和操作符)都是强制性的。

表 64.8. minmax-multi 操作符类的过程和支持编号

操作符类成员 对象
支持过程 1 内部函数 brin_minmax_multi_opcinfo()
支持过程 2 内部函数 brin_minmax_multi_add_value()
支持过程 3 内部函数 brin_minmax_multi_consistent()
支持过程 4 内部函数 brin_minmax_multi_union()
支持过程 5 内部函数 brin_minmax_multi_options()
支持过程 11 计算两个值之间的距离(范围的长度)的函数
操作符策略 1 小于操作符
操作符策略 2 小于或等于操作符
操作符策略 3 等于操作符
操作符策略 4 大于或等于操作符
操作符策略 5 大于操作符

minmax 和 inclusion 操作符类都支持跨数据类型的操作符,尽管这样一来,依赖关系会变得更加复杂。minmax 操作符类要求使用具有相同数据类型的两个参数定义完整的一组操作符。它允许通过定义额外的操作符集来支持其他数据类型。包含操作符类操作策略依赖于另一个操作策略,如表 64.6所示,或者依赖于它们自身的操作策略。它们要求依赖操作符使用 STORAGE 数据类型作为左侧参数定义,并且受支持操作符的右侧参数是其他受支持的数据类型。请参阅 float4_minmax_ops 作为 minmax 的示例,以及 box_inclusion_ops 作为包含的示例。

提交更正

如果您发现文档中任何不正确、与您特定功能的使用体验不符或需要进一步澄清的地方,请使用此表单报告文档问题。