高并发点查

SinceVersion 2.0.0

背景

Doris 基于列存格式引擎构建，在高并发服务场景中，用户总是希望从系统中获取整行数据。但是，当表宽时，列存格式将大大放大随机读取 IO。Doris 查询引擎和计划对于某些简单的查询（如点查询）来说太重了。需要一个在 FE 的查询规划中规划短路径来处理这样的查询。FE 是 SQL 查询的访问层服务，使用 Java 编写，分析和解析 SQL 也会导致高并发查询的高 CPU 开销。为了解决上述问题，我们在 Doris 中引入了行存、短查询路径、PreparedStatement 来解决上述问题，下面是开启这些优化的指南。

行存

用户可以在 Olap 表中开启行存模式，但是需要额外的空间来存储行存。目前的行存实现是将行存编码后存在单独的一列中，这样做是用于简化行存的实现。行存模式仅支持在建表的时候开启，需要在建表语句的 property 中指定如下属性：

  1. "store_row_column" = "true"

在 Unique 模型下的点查优化

上述的行存用于在 Unique 模型下开启 Merge-On-Write 策略是减少点查时的 IO 开销。当enable_unique_key_merge_on_write与store_row_column在创建 Unique 表开启时，对于主键的点查会走短路径来对 SQL 执行进行优化，仅需要执行一次 RPC 即可执行完成查询。下面是点查结合行存在 在 Unique 模型下开启 Merge-On-Write 策略的一个例子:

  1. CREATE TABLE `tbl_point_query` (
  2.     `key` int(11) NULL,
  3.     `v1` decimal(27, 9) NULL,
  4.     `v2` varchar(30) NULL,
  5.     `v3` varchar(30) NULL,
  6.     `v4` date NULL,
  7.     `v5` datetime NULL,
  8.     `v6` float NULL,
  9.     `v7` datev2 NULL
  10. ) ENGINE=OLAP
  11. UNIQUE KEY(`key`)
  12. COMMENT 'OLAP'
  13. DISTRIBUTED BY HASH(`key`) BUCKETS 1
  14. PROPERTIES (
  15.     "replication_allocation" = "tag.location.default: 1",
  16.     "enable_unique_key_merge_on_write" = "true",
  17.     "light_schema_change" = "true",
  18.     "store_row_column" = "true"
  19. );

注意：

  1. enable_unique_key_merge_on_write应该被开启， 存储引擎需要根据主键来快速点查
  2. 当条件只包含主键时，如select * from tbl_point_query where key = 123，类似的查询会走短路径来优化查询
  3. light_schema_change应该被开启， 因为主键点查的优化依赖了轻量级 Schema Change 中的column unique id来定位列
  4. 只支持单表key列等值查询不支持join、嵌套子查询， where条件里需要有且仅有key列的等值， 可以认为是一种key value查询

使用 PreparedStatement

为了减少 SQL 解析和表达式计算的开销， 我们在 FE 端提供了与 MySQL 协议完全兼容的PreparedStatement特性（目前只支持主键点查）。当PreparedStatement在 FE 开启，SQL 和其表达式将被提前计算并缓存到 Session 级别的内存缓存中，后续的查询直接使用缓存对象即可。当 CPU 成为主键点查的瓶颈， 在开启 PreparedStatement 后，将会有 4 倍+的性能提升。下面是在 JDBC 中使用 PreparedStatement 的例子

  1. 设置 JDBC url 并在 Server 端开启 prepared statement
  1. url = jdbc:mysql://127.0.0.1:9030/ycsb?useServerPrepStmts=true
  1. 使用 PreparedStatement
  1. // use `?` for placement holders, readStatement should be reused
  2. PreparedStatement readStatement = conn.prepareStatement("select * from tbl_point_query where key = ?");
  3. ...
  4. readStatement.setInt(1,1234);
  5. ResultSet resultSet = readStatement.executeQuery();
  6. ...
  7. readStatement.setInt(1,1235);
  8. resultSet = readStatement.executeQuery();
  9. ...

开启行缓存

Doris 中有针对 Page 级别的 Cache，每个 Page 中存的是某一列的数据, 所以 Page cache 是针对列的缓存，对于前面提到的行存，一行里包括了多列数据，缓存可能被大查询给刷掉，为了增加行缓存命中率，单独引入了行存缓存，行缓存复用了 Doris 中的 LRU Cache 机制来保障内存的使用，通过指定下面的的BE配置来开启

  • disable_storage_row_cache是否开启行缓存， 默认不开启
  • row_cache_mem_limit指定 Row cache 占用内存的百分比， 默认 20% 内存

性能优化

  1. 通常，通过增加Observer数量来提升处理query能力是有效的
  2. query 负载均衡：点查中如果发现接受点查请求的fe cpu使用过高，或请求响应变慢，可使用jdbc load balance 进行负载均衡，将请求分散到多个节点，分担压力（同时也可以使用其他方式进行query负载均衡配置，如Nginx，proxySQL)
  3. 通过将点查请求定向发送至Observer角色来分担高并发点查的请求压力，减少向 fe master发送点查请求，通常可以解决 Fe Master节点查询耗时上下浮动问题，以获得更好性能与稳定性

QA

  1. 如何确定配置无误使用了并发点查的短路径优化 A：explain sql ，当执行计划中出现 SHORT-CIRCUIT ，证明使用了短路径优化

    1. mysql> explain select * from tbl_point_query where `key` = -2147481418 ;                                                                                                                                
    2.       +-----------------------------------------------------------------------------------------------+                                                                                                       
    3.       | Explain String(Old Planner)                                                                   |                                                                                                       
    4.       +-----------------------------------------------------------------------------------------------+                                                                                                       
    5.       | PLAN FRAGMENT 0                                                                               |                                                                                                       
    6.       |   OUTPUT EXPRS:                                                                               |                                                                                                       
    7.       |     `test`.`tbl_point_query`.`key`                                                            |                                                                                                       
    8.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v1`                                                             |                                                                                                       
    9.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v2`                                                             |                                                                                                       
    10.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v3`                                                             |                                                                                                       
    11.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v4`                                                             |                                                                                                       
    12.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v5`                                                             |                                                                                                       
    13.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v6`                                                             |                                                                                                       
    14.       |     `test`.`tbl_point_query`.`v7`                                                             |                                                                                                       
    15.       |   PARTITION: UNPARTITIONED                                                                    |                                                                                                       
    16.       |                                                                                               |                                                                                                       
    17.       |   HAS_COLO_PLAN_NODE: false                                                                   |                                                                                                       
    18.       |                                                                                               |                                                                                                       
    19.       |   VRESULT SINK                                                                                |                                                                                                       
    20.       |      MYSQL_PROTOCAL                                                                           |                                                                                                       
    21.       |                                                                                               |                                                                                                       
    22.       |   0:VOlapScanNode                                                                             |                                                                                                       
    23.       |      TABLE: test.tbl_point_query(tbl_point_query), PREAGGREGATION: ON                         |                                                                                                       
    24.       |      PREDICATES: `key` = -2147481418 AND `test`.`tbl_point_query`.`__DORIS_DELETE_SIGN__` = 0 |                                                                                                       
    25.       |      partitions=1/1 (tbl_point_query), tablets=1/1, tabletList=360065                         |                                                                                                       
    26.       |      cardinality=9452868, avgRowSize=833.31323, numNodes=1                                    |                                                                                                       
    27.       |      pushAggOp=NONE                                                                           |                                                                                                       
    28.       |      SHORT-CIRCUIT                                                                            |                                                                                                       
    29.       +-----------------------------------------------------------------------------------------------+

  2. 如何确定 prepared statement 生效 A：当发送请求到 Doris 之后，在 fe.audit.log 中找到相应的query请求,发现Stmt=EXECUTE() ，说明 prepared statement 生效

    1. 2024-01-02 11:15:51,248 [query] |Client=192.168.1.82:53450|User=root|Db=test|State=EOF|ErrorCode=0|ErrorMessage=|Time(ms)=49|ScanBytes=0|ScanRows=0|ReturnRows=1|StmtId=51|QueryId=b63d30b908f04dad-ab4a
    2.    3ba21d2c776b|IsQuery=true|isNereids=false|feIp=10.16.10.6|Stmt=EXECUTE(-2147481418)|CpuTimeMS=0|SqlHash=eee20fa2ac13a4f93bd4503a87921024|peakMemoryBytes=0|SqlDigest=|TraceId=|WorkloadGroup=|FuzzyVaria
    3.    bles=

  3. 非主键查询能否使用到高并发点查的特殊优化 A：不能，高并发点查只针对于key列的等值查询，且查询中不能包含 join，嵌套子查询

  4. useServerPrepStmts 在普通查询中是否有用 A：Prepared Statement 目前只在主键点查的情况下生效

  5. 优化器选择需要进行全局设置吗 A：在使用 prepared statement 进行查询时，Doris 会选择性能最好的查询方式，不需要手动设置优化器