9.x - 13.0 postgresql 分区表新特性及简单用法

一、 分区表定义与意义

1. 分区表的定义

把一个大的物理表分成若干个小物理表，并使得这些小物理表在逻辑上可以被当成一张表来使用。

• 主表/父表/Master Table

主表是创建子表的模板，是一个正常的普通表，一般主表并不存任何数据。

• 子表/分区表/Chlid Table/Partition Table

子表继承并属于一个主表，与主表是一对多的关系，子表中存储所有的数据
 

2. 分区表的意义

• 性能提升：特定场景，查询更新转为分区操作提升性能

• 配置表：数据量小，易管理与优化
• 状态表：数据量大，性能问题
• 流水表：有明显的时间变化，每天数据量都很大，定期归档
• 统计表：加载后数据不变，数据量很大，需统计分析

• 历史数据：历史数据归档和清理，通过drop分区实现，非常高效
• 存储拆分：单个表只能在一个位置，分区表冷热分离

3. 分区字段和分区策略

• 范围分区
• 列表分区
• 哈希分区

二、 pg各版本分区表实现

1. pg官方分区表的演进

• postgresql 9.x - 通过trigger实现的复杂传统分区表
• postgresql 10 - 开始支持内置分区表
• postgresql 11 - 主要完善分区表功能
• postgresql 12 - 分区表性能提升
• postgresql 13 - 提升性能及完善复制功能
• postgresql 14 - 提升性能及实现部分操作非阻塞执行

2. 传统分区表 – pg 9.x及之前版本

主表和分区表需分别创建，各自定义，数据不能自动关联

主表和分区表关系：通过继承和触发器实现

创建步骤：

• 定义父表及索引

CREATE TABLE pg_9_tab( id serial,uid int4,username varchar,create_time bigint);
CREATE INDEX idx_pg_9_tab_ctime ON pg_9_tab USING btree (create_time);

• 定义子表及子表约束： 用 inherits 创建分区表，子表约束数据对应分区的规则

CREATE TABLE pg_9_tab_p_hisotry(CHECK ( create_time < 1569859200 ) ) INHERITS(pg_9_tab);
CREATE TABLE pg_9_tab_p_201910(CHECK ( create_time >= 1569859200 and create_time < 1572537600 ) ) INHERITS(pg_9_tab);
CREATE TABLE pg_9_tab_p_201911(CHECK ( create_time >= 1572537600 and create_time < 1575129600 ) ) INHERITS(pg_9_tab);
CREATE TABLE pg_9_tab_p_201912(CHECK ( create_time >= 1575129600 and create_time < 1577808000 ) ) INHERITS(pg_9_tab);

• 创建子表索引 ：子表不会继承父表的索引

CREATE INDEX idx_pg_9_tab_p_hisotry_ctime ON pg_9_tab_p_hisotry USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_9_tab_p_201910_ctime ON pg_9_tab_p_201910 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_9_tab_p_201911_ctime ON pg_9_tab_p_201911 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_9_tab_p_201912_ctime ON pg_9_tab_p_201912 USING btree (create_time);

• 创建分区插入、修改、删除函数和触发器

CREATE OR REPLACE FUNCTION pg_9_tab_insert_trigger()
RETURNS trigger
LANGUAGE plpgsql
AS $function$
BEGIN
… …
END;
$function$;

CREATE TRIGGER insert_pg_9_tab_trigger BEFORE INSERT ON pg_9_tab FOR EACH ROW EXECUTE PROCEDURE pg_9_tab_insert_trigger();

• 启用分区查询参数：设置 constraint_exclusion 参数

set constraint_exclusion = partition;
show constraint_exclusion;

3. 内置分区表 – pg 10 支持版本

Postgresql 10提供了内置分区表，不需要预先在父表上定义触发器，对父表的DML操作也会自动路由到相应分区。

仅支持范围分区和列表分区。

创建步骤：

• 创建主表：指定分区键和分区策略（不能直接在主表建索引）

CREATE TABLE pg_10_tab( id serial, uid int4, username varchar, create_time bigint ) PARTITION BY RANGE(create_time);

• 创建分区表：指定分区表的主表和分区键的取值范围，范围不能有重叠

CREATE TABLE pg_10_tab_p_hisotry PARTITION OF pg_10_tab FOR VAlUES FROM (1546272000) TO (1569859200);
CREATE TABLE pg_10_tab_p_201910 PARTITION OF pg_10_tab FOR VAlUES FROM (1569859200) TO (1572537600);
CREATE TABLE pg_10_tab_p_201911 PARTITION OF pg_10_tab FOR VAlUES FROM (1572537600) TO (1575129600);
CREATE TABLE pg_10_tab_p_201912 PARTITION OF pg_10_tab FOR VAlUES FROM (1575129600) TO (1577808000);

• 在分区表上创建索引：分区键一般必须创建索引，其他列根据实际场景选择是否场景索引

CREATE INDEX idx_pg_10_tab_p_hisotry_ctime ON pg_10_tab_p_hisotry USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_10_tab_p_201910_ctime ON pg_10_tab_p_201910 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_10_tab_p_201911_ctime ON pg_10_tab_p_201911 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_10_tab_p_201912_ctime ON pg_10_tab_p_201912 USING btree (create_time);

• 插入数据及插入结果查询

INSERT INTO pg_10_tab(uid,username,create_time) SELECT round(1000*random()),chr(int4(random()*26)+65),generate_series(1568476800,1576339200,360);

SELECT count(*) FROM pg_10_tab;
SELECT count(*) FROM ONLY pg_10_tab;

\dt+ pg_10_tab*

4. 增强分区表 – pg 11 支持版本

功能增强：

• 分区表可以继承主表的字段、索引信息
• 支持hash分区，rang/list 支持默认分区，多级分区
• 分区索引增强，分区主表可以创建主键，可以创建外键，
• DML增强，可以分区间移动行，可以路由到外部分区，

性能方面：

• 数据搜索访问优化，提升分区检索性能

创建步骤：

• 创建主表及相关索引：指定分区键和分区策略

CREATE TABLE pg_11_tab( id serial, uid int4, username varchar, create_time bigint ) PARTITION BY RANGE(create_time);
CREATE INDEX idx_pg_11_tab_ctime ON pg_11_tab USING btree (create_time);

• 创建分区表：指定分区表的主表和分区键的取值范围，范围不能有重叠

CREATE TABLE pg_11_tab_p_hisotry PARTITION OF pg_11_tab DEFAULT;
CREATE TABLE pg_11_tab_p_201910 PARTITION OF pg_11_tab FOR VAlUES FROM (1569859200) TO (1572537600);
CREATE TABLE pg_11_tab_p_201911 PARTITION OF pg_11_tab FOR VAlUES FROM (1572537600) TO (1575129600);
CREATE TABLE pg_11_tab_p_201912 PARTITION OF pg_11_tab FOR VAlUES FROM (1575129600) TO (1577808000);

CREATE INDEX idx_pg_11_tab_p_hisotry_ctime ON pg_11_tab_p_hisotry USING btree (create_time); ##不用执行
CREATE INDEX idx_pg_11_tab_p_201910_ctime ON pg_11_tab_p_201910 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_11_tab_p_201911_ctime ON pg_11_tab_p_201911 USING btree (create_time);
CREATE INDEX idx_pg_11_tab_p_201912_ctime ON pg_11_tab_p_201912 USING btree (create_time); ##不用执行

• 插入数据及插入结果查询

INSERT INTO pg_11_tab(uid,username,create_time) SELECT round(1000*random()),chr(int4(random()*26)+65),generate_series( 1568476800, 1576339200, 360);

SELECT count(*) FROM pg_11_tab;
SELECT count(*) FROM ONLY pg_11_tab;
\dt+ pg_11_tab*

5. 高性能分区表 – pg 12 支持版本

• 功能方面：增加更多查询函数，便于快速查看分区表状态
• 性能方面：分区表的性能得到大幅提升，尤其是在分区表数量非常多时，DML性能提升更加明显

创建步骤：

CREATE TABLE pg_12_tab( id serial, uid int4, username varchar, create_time bigint ) PARTITION BY RANGE(create_time);
CREATE INDEX idx_pg_12_tab_ctime ON pg_11_tab USING btree (create_time);

CREATE TABLE pg_12_tab_p_hisotry PARTITION OF pg_12_tab DEFAULT;
CREATE TABLE pg_12_tab_p_201910 PARTITION OF pg_12_tab FOR VAlUES FROM (1569859200) TO (1572537600);
CREATE TABLE pg_12_tab_p_201911 PARTITION OF pg_12_tab FOR VAlUES FROM (1572537600) TO (1575129600);
CREATE TABLE pg_12_tab_p_201912 PARTITION OF pg_12_tab FOR VAlUES FROM (1575129600) TO (1577808000);

INSERT INTO pg_12_tab(uid,username,create_time)
SELECT round(1000*random()),chr(int4(random()*26)+65),generate_series( 1568476800, 1576339200, 360);
SELECT count(*) FROM pg_12_tab;
SELECT count(*) FROM ONLY pg_12_tab;
\dt+ pg_12_tab*

6. pg 13分区新特性

• 增强分区裁剪功能，可使用场景增多
• 增强智能分区join（partitionwise joins）
• 支持对分区表创建before row trigger（但不允许改变插入数据的目标分区）
• 之前只能把分区表的各个分区单独做为复制源，现在可以把分区表直接做为复制源。
• 先前订阅者只能把数据同步到非分区表，现在可以把数据同步到分区表
• 支持异构分区表逻辑复制: http://www.postgres.cn/v2/news/viewone/1/604
• Allow whole-row variables (that is, table.*) to be used in partitioning expressions (Amit Langote)

案例参考： https://mp.weixin.qq.com/s/MbkdarHRrVGm3faiN7SOpw

PostgreSQL: Documentation: 13: E.5. Release 13

7. pg 14分区新特性

• 更新和删除可以定位到更精细的分区，性能提高，节省内存
• Autovacuum现在支持analyze分区表，并将行统计信息反馈到父表，另外可以通过调整maintenance_io_concurrency异步IO参数调优。
• 支持非阻塞的ALTER TABLE ... DETACH PARTITION ... CONCURRENTLY
• 所有分区子表支持 reindex，pg 14还新增了pg_amcheck工具用于检查数据是否损坏

三、 分区表实践与问题（2019.11）

1. 分区后性能降低问题

• 业务表修改为分区表后，查询不走分区键，性能会下降很多
• 所有的查询都需要包含分区键，分区键兼顾性能与归档
• 如果表不是非常大，使用分区表性能降低太多，可不用分区表

2. 数据传输问题

• 开发数据同步传输通道
• DTS数据同步，不同版本传输性能的不同

3. 使用规范问题

• 所有有关pg的操作，都建立在pg体系结构之上
• 按照pg的设计和特点来使用pg

参考

《斗鱼 PostgreSQL分区表实践与思考_zhaofx_v1.5_20191122》

PostgreSQL表分区演进

关于分区表的方方面面