PostgreSQL学习系列—EXPLAIN ANALYZE查询计划解读

PostgreSQL命令EXPLAIN ANALYZE是日常工作中了解和优化SQL查询过程所用到的最强大工具，后接如SELECT ...，UPDATE ...或者DELETE ...等SQL语句，命令执行后并不返回数据，而是输出查询计划，详细说明规划器通过何种方式来执行给定的SQL语句。

下面是从Postgres Using EXPLAIN提取的查询：

EXPLAIN ANALYZE SELECT *
FROM tenk1 t1, tenk2 t2
WHERE t1.unique1 < 100 AND t1.unique2 = t2.unique2
ORDER BY t1.fivethous;

它生成的查询计划：

                                                                 QUERY PLAN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Sort  (cost=717.34..717.59 rows=101 width=488) (actual time=7.761..7.774 rows=100 loops=1)
   Sort Key: t1.fivethous
   Sort Method: quicksort  Memory: 77kB
   ->  Hash Join  (cost=230.47..713.98 rows=101 width=488) (actual time=0.711..7.427 rows=100 loops=1)
         Hash Cond: (t2.unique2 = t1.unique2)
         ->  Seq Scan on tenk2 t2  (cost=0.00..445.00 rows=10000 width=244) (actual time=0.007..2.583 rows=10000 loops=1)
         ->  Hash  (cost=229.20..229.20 rows=101 width=244) (actual time=0.659..0.659 rows=100 loops=1)
               Buckets: 1024  Batches: 1  Memory Usage: 28kB
               ->  Bitmap Heap Scan on tenk1 t1  (cost=5.07..229.20 rows=101 width=244) (actual time=0.080..0.526 rows=100 loops=1)
                     Recheck Cond: (unique1 < 100)
                     ->  Bitmap Index Scan on tenk1_unique1  (cost=0.00..5.04 rows=101 width=0) (actual time=0.049..0.049 rows=100 loops=1)
                           Index Cond: (unique1 < 100)
 Planning time: 0.194 ms
 Execution time: 8.008 ms

Postgres构建了一个规划节点的树结构，以表示所采取的不同操作，其中root根和每个->指向其中一个操作。在某些情况下，EXPLAIN ANALYZE会提供除执行时间和行数之外的额外执行统计信息，例如上面例子中的Sort及Hash。除第一个没有->的行之外的任何行都是诸如此类的信息，因此查询的结构是：

Sort
└── Hash Join
    ├── Seq Scan
    └── Hash
        └── Bitmap Heap Scan
            └── Bitmap Index Scan

每个树分支代表子动作，从里到外以确定哪个是“第一个”发生（尽管同一级别的节点顺序可能不同）。

在tenk_unique1索引上执行的第一个操作是Bitmap Index Scan：

->  Bitmap Index Scan on tenk1_unique1  (cost=0.00..5.04 rows=101 width=0) (actual time=0.049..0.049 rows=100 loops=1)
      Index Cond: (unique1 < 100)

这对应于SQL WHERE t1.unique1 < 100。Postgres查找与条件unique1 < 100匹配的行位置。此处不会返回行数据本身。成本估算(cost=0.00..5.04 rows=101 width=0)意味着Postgres预期将“花费” 任意计算单位的 5.04 来找到这些行。0.00是此节点开始工作的成本（在这种情况下，即为查询的启动时间）。rows是此索引扫描将返回的预估行数，width是这些返回行的预估大小（以字节为单位）（0是因为这里只关心位置，而不是行数据的内容）。

因为使用了ANALYZE选项运行EXPLAIN，所以查询被实际执行并捕获了计时信息。(actual time=0.049..0.049 rows=100 loops=1)表示索引扫描执行了1次（loops 值），结果返回了100行，实际时间是0 ..如果节点执行了多次，实际时间是每次迭代的平均值，可以将该值乘以循环次数以获取实际时间。基于成本的最小/最大时间的概念，范围值也可能会有所不同。通过这些值，我们可以为该查询生成一个成本比率，每个成本单位为0.049ms / 5.04单位≈0.01ms/单位。

索引扫描的结果将传递给Bitmap Heap Scan操作。在此节点中，Postgres将获取别名为t1的tenk1表中行的位置，根据unique1 < 100条件筛选并获取行。

->  Bitmap Heap Scan on tenk1 t1  (cost=5.07..229.20 rows=101 width=244) (actual time=0.080..0.526 rows=100 loops=1)
      Recheck Cond: (unique1 < 100)

当乘以之前计算的0.01值时，我们可以得到成本预期的大概时间（229.20 - 5.07）*0.01≈2.24ms，同时每行实际时间为除以4后的结果：0.526ms。这可能是因为成本估算是取的上限而不是取所有需读取的行，也或者因为Recheck条件总是生效。

和表顺序读取行（a Seq Scan）相比，Bitmap Index Scan和Bitmap Heap Scan关联操作成本要昂贵得多，但是因为在这种情况下只需要访问相对较少的行，所以关联操作最终会变得更快。通过在获取行之前将行按照物理顺序排序来进一步加速，这会将单独获取的成本降到最低。节点名称中的“Bitmap”完成了排序操作。

表扫描的结果（tenk1表中满足unique1 < 100条件的那些行）将在读取时被插入到内存的哈希表中。正如我们从成本中看到的那样，这根本不需要时间。

->  Hash  (cost=229.20..229.20 rows=101 width=244) (actual time=0.659..0.659 rows=100 loops=1)
      Buckets: 1024  Batches: 1  Memory Usage: 28kB

哈希节点包括散列桶(hash buckets)和批次数(batches)相关的信息，以及内存使用峰值情况。如果批次> 1，则还会包括未显示的磁盘使用信息。内存占用在100行* 244字节= 24.4 kB时是有意义的，它非常接近28kB，我们假定这是哈希键本身所占用的内存。

接下来，Postgres从别名为t2的tenk2表读取所有的10000行，并根据tenk1表行的Hash检查它们。散列连接意味着将一个表的行输入到内存中的散列（先前的操作中已构建），之后扫描另一个表的行，并根据散列表探测其值以进行匹配。在第二行可以看到“匹配”的条件，Hash Cond: (t2.unique2 = t1.unique2)。请注意，因为查询是从tenk1和tenk2中选择所有值，所以在散列连接期间每行的宽度加倍。

->  Hash Join  (cost=230.47..713.98 rows=101 width=488) (actual time=0.711..7.427 rows=100 loops=1)
      Hash Cond: (t2.unique2 = t1.unique2)
      ->  Seq Scan on tenk2 t2  (cost=0.00..445.00 rows=10000 width=244) (actual time=0.007..2.583 rows=10000 loops=1)

现在已经收集了满足条件的所有行，可以对结果集进行排序Sort Key: t1.fivethous。

Sort  (cost=717.34..717.59 rows=101 width=488) (actual time=7.761..7.774 rows=100 loops=1)
  Sort Key: t1.fivethous
  Sort Method: quicksort  Memory: 77kB

Sort节点包含排序算法quicksort相关的信息，排序是在内存中还是在磁盘上完成（这将极大地影响速度），以及排序所需的内存/磁盘空间量。

熟悉如何解读查询计划会非常有助于优化查询。例如，Seq Scan节点通常表示添加索引的必要性，读取速度可能要快得多。

翻译并编辑，原文出处：https://thoughtbot.com/blog/reading-an-explain-analyze-query-plan