数据库内核月报 － 2019 / 11

1. 前言

当听到PolarDB支持并行的消息时，我感到十分兴奋，终于MySQL家族也能支持并行了。但当我真正使用并行的时候，却发现不知所措，结果并未如我所期望的那样欢快的在多核CPU上跑起来，仍然在单行线上慢如老牛。难道所谓的并行只是个噱头？还是只是PPT吗？经过一番深入的研究，终于发现，不是法拉利太差，而是司机太菜。

PolarDB为DBA提供了一个非常厉害的大杀器—optimizer trace，通过它我们可以了解到每个SQL是如何被解析、优化并到最终执行的。在其中我们可以清楚的看到并行优化器是如何生成并行执行计划，如果SQL不能被并行化，就会给出清晰的理由。看到这里，终于对改善慢如老牛的查询有了一点点信心，也许我们慢如老牛的查询并未如我们所愿在并行的快车道上执行呢？下面我们就以案例来分析trace的灵活运用。

2. 开启大杀器-optimizer trace

Optimizer trace并不是自动就会默认开启的，开启trace多多少少都会有一些额外的工作要做，因此并不建议一直开着。但trace属于轻量级的工具，开启和关闭都非常简便，对系统的影响也微乎其微。而且支持在session中开启，不影响其它session，对系统的影响降到了最低。

如果发现某个SQL有问题，只需要在session中设置optimizer_trace，将trace开启即可，当不再需要时，直接关闭即可。

SET SESSION optimizer_trace=”enabled=on”;

然后执行有问题的SQL，如果SQL的执行时间很长的话，也可以只进行explain 操作，即：

EXPLAIN your SQL；

最后，通过

SELECT * FROM information_schema.OPTIMIZER_TRACE\G

查询即可得到trace信息。trace信息以json格式输出，通过\G可以格式化输出trace信息，更宜于阅读。如下所示：

3. 如何分析trace来改善查询的执行效率

下面我们以实例来分析一下trace在实践中的应用。TPCH的数据的scale为1G,以tpch的query 5为例：

select
n_name,
  sum(l_extendedprice * (1 - l_discount)) as revenue
  from
  customer,
  orders,
  lineitem,
  supplier,
  nation,
  region
  where
  c_custkey = o_custkey
  and l_orderkey = o_orderkey
  and l_suppkey = s_suppkey
  and c_nationkey = s_nationkey
  and s_nationkey = n_nationkey
  and n_regionkey = r_regionkey
  and r_name = 'AMERICA'
  and o_orderdate >= date '1995-01-01'
  and o_orderdate < date '1995-01-01' + interval '1' year
  group by
  n_name
  order by
  revenue desc
  limit 1;

TPCH的query5是一个多表JOIN，其中customer，orders，lineitem，supplier表比较大，nation和region比较小。

首先我们来看一下未开启并行的查询计划，如下所示：

然后开启并行，再看一下查询计划：

开启并行的SQL如下：

SET SESSION MAX_PARALLEL_DEGREE=16; //设置最大并行度为16

比较串行的查询计划和并行的查询计划，可以发现有些不同之处：

• 首先在并行查询计划中多了一个gather，gather是在并行查询计划中主要用于合并不同worker线程并行执行的结果，并进行后续必需的操作如group by/order by等，最终将结果返回给用户。 除此之外，还可以发现对于customer表一行，在Extra中有Parallel scan (13 workers);这表示会对customer表进行并行扫描，共有13个workers线程。
• 后分别以串行和并行方式执行Query 5语句：结果如下：

从结果中可以看到，性能提升了大约150%，那么还有没有提升的空间呢？

下来我们来看一下并行计划的trace。

在trace的输出中有很多项，这里我们主要看是如何选择并行执行计划的。上图中可以看到一些并行计划的基础条件检查：

• max_parallel_degree：表示最大并行度，当其为0时，表示不允许选择并行计划。
• max_parallel_workers：表示系统同时允许的最大worker线程数。当可用worker线程数不足时，不允许选择并行计划；
• force_parallel_mode：表示强制采用并行模式，不建议在生产环境下使用，可用于测试，它用于当数据量不是很大时，正常情况下不会选择并行计划，但为了测试，使用此参数强制使用并行计划。
• serializable_isolation：是当前事务的隔离方式，串行化隔离方式的事务不支持并行化；
• multi_stmt_transaction_mode：表示单语句事务或长事务，目前只支持单语句事务的并行化；

当这些条件已经满足，则开始选择可能并行扫描的表：

在potential_parallel_tables列表中会显示此语句中潜在的可能并行化的表。

在considered_parallel_tables子项中会依次检查潜在表，以确定可以并行化的表。

每个子项如上图所示，其中包含表名、访问类型、是否支持并行化等信息，其中与并行化有关的最重要信息是

• partitions：表示表用于并行化的分片数，如表customer是125个分片；
• efficient_partitions：表示有效的分片数，因为表本身可能会有condition条件等，所以并不是所有分片都需要扫描，因此可能会小于分片总数；
• chosen：表示当前片已经被候选为并行化表，如之后再没有其它表被选中，则最后一个被选中的表就是并行化表；

当chosen为false时，trace中会输出选择失败的原因，如下所示:

prefix_cost_too_large表示到目前为止cost已经太大，无法继续选择其它表作为并行化表。

下面我们来看如何优化提升Query 5的性能：

从trace中我们可以看到，可并行化的表customer的efficient_partitions为13，而我们设置的最大并行度为16，也就是说最大可以有16个worker可以使用，但任务分片却只有13个，显然没有充分利用所有资源。

通过分析所有可选择的表我们发现还有orders、lineitem表也是很大的表，若是选择其它表是不是就可以充分利用这些资源呢？

我们来看下orders，如何让优化器先尝试orders表呢？其中可以通过hint：join_order()来改变Join的顺序来间接实现选择并行化表的顺序。

hint如下：/*+ join_order(orders, customer) */

然后我们再来看一下并行的查询计划：

与没有hint的查询计划相比，会发现JOIN的表顺序发生了变化，orders表与customer表交换了顺序，并且orders表的 Parallel scan (16 workers)变成为16个worker。

下面我们重新做下测试：

通过测试发现，通过修改join_order后，发现性能有明显提升，对比串行计划提升大约420%，对比未hint的性能提升大约100%。 另外，也对其它表做并行化进行了测试，结果与customer表并行化的结果相关不大。

4. 总结

通过trace，我们可能发现一些我们在explain中看不到的东西，当发现query并未产生并行查询计划时，可以将trace打开，可以协助我们发现查询不能并行化的原因，针对这些原因可以进行调整，如增加资源、调整参数、转换存储引擎、修改JOIN顺序等。

另外，trace还可以帮我们探索更高性能优化的可能，如前述实例，通过trace有针对性的调整JOIN顺序、增加索引等，也许可以收到更大的性能提升。