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ClickHouse查询执行与优化

news 来源：原创 2025/6/19 23:38:07

SQL语法扩展与执行计划分析

特殊函数与子句
  • WITH子句：定义临时表达式（CTE），复用中间结果。
    • WITH tmp AS (SELECT ...) SELECT * FROM tmp
  • ANY修饰符：在JOIN时仅保留第一个匹配的行（避免笛卡尔积爆炸）。
    • SELECT ... FROM table1 ANY LEFT JOIN table2 USING (key)
  • GLOBAL IN/GLOBAL JOIN：在分布式查询中，将右表广播到所有节点执行。
    • SELECT ... WHERE id GLOBAL IN (SELECT id FROM remote_table)
  • LIMIT n BY expr：按expr分组后，每组取前n条数据（类似窗口函数ROW_NUMBER）。
    • SELECT * FROM table LIMIT 3 BY date ORDER BY time DESC
  • SAMPLE子句：快速采样数据（基于哈希或分块）。
    • SELECT * FROM table LIMIT 3 BY date ORDER BY time DESC。
  • ARRAY JOIN：展开数组或嵌套结构为多行。
    • SELECT * FROM table ARRAY JOIN tags
聚合函数扩展
  • uniqCombined：近似计算UV（误差率<1%），内存占用低。
    • SELECT uniqCombined(user_id) FROM logs
  • quantileTDigest：近似计算分位数（如P99延迟）。
    • SELECT quantileTDigest(0.99)(latency) FROM requests
  • sumMap/minMap：对Map类型（Key-Value）的聚合计算。
    • SELECT sumMap(keys, values) FROM metrics
  • anyLast：返回最后一次出现的非NULL值（适合状态跟踪）。
    • SELECT anyLast(status) FROM events GROUP BY user_id
执行计划优化策略

  • 主键索引：确保WHERE条件命中ORDER BY键的前缀。

  • 跳数索引：对高基数列使用SET或MINMAX索引加速过滤。

  • 避免全表扫描：使用分区裁剪（PARTITION BY）和索引过滤；避免在WHERE中对非索引列进行复杂计算。

  • 聚合优化

    • 预聚合：使用SummingMergeTree或AggregatingMergeTree减少实时计算。
    • Combiner优化：在分布式查询中，优先在本地节点预聚合。

  • JOIN优化

    • ANY JOIN：右表存在重复键，只需保留第一个匹配值。
    • GLOBAL JOIN：右表数据量小，广播到所有节点避免Shuffle。
    • DISTRIBUTED JOIN：右表数据量大，按Join键分布数据。

  • 资源控制：设置内存限制max_memory_usage；调整线程数max_threads、background_pool_size。

索引原理

索引类型与适用场景
  • 主键索引：基于排序键（ORDER BY）的粗粒度索引，定位数据块（Granule）范围，如时间范围过滤。
  • 跳数索引：基于列值统计的细粒度索引，跳过不满足条件的数据块，如高基数列的等值或范围过滤。
主键索引（Primary Key）

  • 数据排序：MergeTree表的数据按ORDER BY指定的列严格排序后存储在磁盘，形成​​有序数据块（Granule）​​默认包含8192行数据。

  • 索引结构：主键索引记录每个Granule中​​第一个行的排序键值​​，并持久化为primary.idx文件。索引条目与Granule一一对应。

  • 工作流程

    • 查询条件解析：优化器提取WHERE条件中涉及主键的过滤表达式（如date >= '2023-01-01'）。
    • 索引匹配：通过二分查找定位到满足条件的Granule范围。
    • 数据读取：仅加载相关Granule的数据文件（.bin），跳过无关数据块。

  • 优化策略

    • 前缀匹配原则：主键索引仅对ORDER BY键的​​前缀列​​有效。若查询条件不包含前缀列，索引将失效。
    • 合理选择排序键：将高频过滤条件（如时间列）放在ORDER BY最左侧。
跳数索引（Data Skipping Indexes）
  • 数据块级统计：跳数索引为每个Granule生成统计信息（如最大/小值），记录在skp_idx_[index_name].idx和.mrk文件中。
  • 跳过机制：查询时根据索引统计信息，跳过不满足条件的Granule，减少数据读取量。
  • 索引类型
    • minmax：记录Granule中列的最小值/最大值，适用于范围查询（如数值列、日期列）。
    • set(max_rows)：记录Granule中列的取值集合（最多max_rows个），适用于低基数枚举列（如状态码）。
    • bloom_filter：基于布隆过滤器判断列值是否存在，适用于高基数列的等值查询（如UserID）。
    • ngrambf_v1：支持文本子串的布隆过滤器，适用于模糊查询（如LIKE '%error%'）。
    • tokenbf_v1：基于分词后的布隆过滤器，适用于分词后的文本搜索（如日志关键词）。
索引的存储与维护

  • 存储结构

    • 主键索引：每个MergeTree表对应一个primary.idx文件，按Granule顺序存储排序键的起始值。

    • 跳数索引：

      1..idx：存储索引数据（如minmax值、布隆过滤器位数组）。

      2..mrk：记录索引条目与数据文件的偏移量映射。

  • 数据写入与合并

    • 写入阶段：数据插入时，每个新生成的Part（数据部分）独立维护其索引文件。
    • 合并阶段（Merge）：多个Parts合并时，重新生成合并后的索引文件，确保索引的连续性。
索引优化策略

  • 主键设计原则

    • 高频过滤列前置：ORDER BY的第一列应为最常用的范围过滤条件（如时间列）
    • 避免过长主键：主键列过多会增加索引文件大小，降低查询效率。

  • 跳数索引选择

    • 低基数列 → set或minmax索引。

    • 高基数等值查询 → bloom_filter。

    • 文本搜索 → ngrambf_v1或tokenbf_v1。

  • 参数调优

    • index_granularity：减小此值（如4096）可提升索引精度，但会增加索引文件大小。
    • GRANULARITY：跳数索引的粒度需平衡精度与存储开销。较小的粒度（如2）过滤更精确，但索引条目更多。

查询优化的核心策略

执行计划分析与优化

  • 执行计划分析

    • ReadFromMergeTree：检查是否命中主键索引或跳数索引（如显示Index ... used）。

    • Aggregating：判断是否启用并行聚合（ParallelAggregating）。

    • Sorting：是否使用外部排序（ExternalSort）或内存排序（InMemorySort）。

  • 执行优化

    • 并行化：设置parallel_aggregation_min_rows（默认100000）触发多线程聚合。

    • 索引覆盖：确保WHERE条件匹配主键前缀或跳数索引。

查询优化

  • 过滤条件下推：将过滤条件尽可能提前，减少中间结果集。

  • ClickHouse语法扩展：LIMIT BY替代窗口函数、ANY JOIN减少Shuffle。

  • 分布式查询优化

    • GLOBAL修饰符：小表右连接时使用GLOBAL IN或GLOBAL JOIN，避免重复计算。
    • 本地预聚合：分布式聚合前启用distributed_aggregation_memory_efficient。

  • 数据预聚合与存储优化

    • 物化视图加速：预计算高频指标；直接查询物化视图，避免全量扫描
    • 冷热数据分层：按时间自动迁移冷数据到廉价存储（TTL策略）。
分布式场景优化
  • 分片键选择
    • 均匀分布：选择高基数列（如user_id）作为分片键，避免数据倾斜。
    • 本地性优化：按业务属性分片（如region），减少跨节点查询。
  • 副本与一致性
    • 异步复制：使用ReplicatedMergeTree实现副本同步，设置max_replicated_queries限制并发。
    • 最终一致性：查询时添加SET allow_experimental_consistency=1容忍副本延迟。

资源管理与并发控制

资源管理：核心参数与策略

  • 内存管理

    • max_memory_usage：单个查询最大内存使用量（默认10GB，推荐根据节点内存调整）。
    • max_bytes_before_external_sort：触发外部排序的阈值，超过后使用磁盘暂存数据（默认1GB，推荐设为总内存的50%）。
    • max_memory_usage_for_all_queries：所有查询的总内存限制（默认0，表示无限制，推荐设为物理内存的80%）。
    • memory_overcommit_ratio：允许内存超卖的比例（默认0，不允许超卖）。

  • CPU管理

    • max_threads：单查询最大线程数（默认物理CPU核数，推荐设为逻辑CPU核数的75%）。
    • background_pool_size：后台任务（合并、删除）的线程池大小，推荐生产环境设为16。
    • load_balancing：分布式查询的分片调度策略（随机/就近优先）。

  • 磁盘与网络

    • max_concurrent_queries：最大默认并发查询数（默认100），推荐根据磁盘IOPS进行调整。
    • max_bytes_to_read：单查询最大读取数据量（默认0，无限制），需要限制大查询。
    • network_bandwidth：网络带宽限制（默认0，无限制），推荐网络带宽限制（默认0，无限制）。
并发控制：队列与优先级s

  • 查询队列机制

    • max_running_queries：同时运行的查询数（默认100），超出后新查询排队。

    • max_waiting_queries：最大等待查询数（默认1000），超出后拒绝新查询。

  • 优先级调度：通过**priority**参数设置查询优先级（范围1-10，默认0）。

  • 资源组（Resource Groups）：配置资源组，实现物理资源隔离。

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编程日记 2025/5/30 6:10:39

linux blueZ 第五篇：高阶优化与性能调优——蓝牙吞吐、延迟与功耗全攻略

本篇面向已有实战经验的读者，深入探讨 Classic Bluetooth 与 BLE 在 BlueZ 平台上的性能优化和调优方法，包括连接参数、MTU 调整、PHY 选择、缓存管理、并发策略，以及 HCI 抓包、功耗测量与自动化基准测试，助你打造高吞吐、低延迟、超低功耗的蓝牙应用。 目录 为何要做性能…...

编程日记 2025/5/30 19:15:23

linux的例行性工作（at）

使用场景&#xff1a; 生活中&#xff0c;我们有太多场景需要使用到闹钟&#xff0c;比如早上 7 点起床&#xff0c;下午 4 点开会&#xff0c;晚上 8 购物&#xff0c;等等 在 Linux 系统里&#xff0c;我们同样也有类似的需求。比如我们想在凌晨 1 点将文件上传服务器&#…...

编程日记 2025/5/30 4:13:29

JVM考古现场（二十六）：执剑人·降维打击的终极审判

楔子&#xff1a;二向箔的颤动——当修真文明遭遇降维打击 "警告&#xff01;老年代发生维度坍缩&#xff01;"我腰间悬挂的昆仑镜突然迸发幽蓝光芒&#xff0c;终南山巅的河图洛书大阵中&#xff0c;GC日志正以《奇门遁甲》的格局疯狂演化&#xff1a; // 降维打击…...

编程日记 2025/6/1 14:54:29

腾讯云物联网平台

文档&#xff1a;物联网开发平台 MQTT.fx 快速接入物联网开发平台_腾讯云...

编程日记 2025/5/30 9:33:46

Unity之基于MVC的UI框架-含案例

Unity之基于MVC的UI框架-含案例 使用案例&#xff1a;类《双人成行》3D动作益智冒险类双人控制游戏开发教程 资源地址&#xff1a;https://learn.u3d.cn/tutorial/3d-adventure-william-anna 一、MVC框架概览 本框架以MVC的方式搭建&#xff0c;以View视口的方式展现数据&am…...

编程日记 2025/6/2 3:03:57

【Token系列】01 | Token不是词：GPT如何切分语言的最小单元

文章目录 01 | Token不是词&#xff1a;GPT如何切分语言的最小单元&#xff1f;一、什么是 Token&#xff1f;二、Token 是怎么来的&#xff1f;——BPE算法原理BPE核心步骤&#xff1a; 三、为什么不直接用词或字符&#xff1f;四、Token切分的实际影响五、中文Token的特殊性六…...

编程日记 2025/6/1 13:25:00

C++学习之路，从0到精通的征途：List类的模拟实现

目录 一.list的介绍 二.list的接口实现 1.结点 2.list结构 3.迭代器 &#xff08;1&#xff09;begin &#xff08;2&#xff09;end 4.修改 &#xff08;1&#xff09;insert &#xff08;2&#xff09;push_back &#xff08;3&#xff09;push_front &#xff0…...

编程日记 2025/5/29 14:51:45