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Formation	Module J0
Titre	Introduction à EXPLAIN
Révision	26.09
PDF	https://dali.bo/j0_pdf
EPUB	https://dali.bo/j0_epub
HTML	https://dali.bo/j0_html
Slides	https://dali.bo/j0_slides
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Versions de PostgreSQL couvertes

Ce document ne couvre que les versions supportées de PostgreSQL au moment de sa rédaction, soit les versions 14 à 18.

Introduction aux plans d’exécution

Introduction

Qu’est-ce qu’un plan d’exécution ?
Quels outils peuvent aider ?

Exécution globale d’une requête
Optimiseur
EXPLAIN
Nœuds d’un plan
Outils

Niveau SGBD

Lorsque le serveur récupère la requête, un ensemble de traitements est réalisé.

Tout d’abord, le parser va réaliser une analyse syntaxique de la requête.

Puis le rewriter va réécrire, si nécessaire, la requête. Pour cela, il prend en compte les règles, les vues non matérialisées et les fonctions SQL.

Si une règle demande de changer la requête, la requête envoyée est remplacée par la nouvelle.

Si une vue non matérialisée est utilisée, la requête qu’elle contient est intégrée dans la requête envoyée. Il en est de même pour une fonction SQL intégrable.

Ensuite, le planner va générer l’ensemble des plans d’exécutions. Il calcule le coût de chaque plan, puis il choisit le plan le moins coûteux, donc le plus intéressant.

Enfin, l’executer exécute la requête.

Pour cela, il doit commencer par récupérer les verrous nécessaires sur les objets ciblés. Une fois les verrous récupérés, il exécute la requête.

Une fois la requête exécutée, il envoie les résultats à l’utilisateur.

Plusieurs goulets d’étranglement sont visibles ici. Les plus importants sont :

la planification (à tel point qu’il est parfois préférable de ne générer qu’un sous-ensemble de plans, pour passer plus rapidement à la phase d’exécution) ;
la récupération des verrous (une requête peut attendre plusieurs secondes, minutes, voire heures, avant de récupérer les verrous et exécuter réellement la requête) ;
l’exécution de la requête ;
l’envoi des résultats à l’utilisateur.

En général, le principal souci pour les performances sur ce type d’instructions est donc l’obtention des verrous et l’exécution réelle de la requête. Il existe quelques ordres (comme TRUNCATE ou COPY) exécutés beaucoup plus directement.

Optimiseur

SQL est un langage déclaratif
Une requête décrit le résultat à obtenir
- mais pas la façon pour l’obtenir
C’est à l’optimiseur de déduire le moyen de parvenir au résultat demandé : comment ?

Principe de l’optimiseur

Le modèle vise à minimiser un coût :

Énumérer tous les plans d’exécution
- ou presque tous…
Statistiques + configuration + règles → coût calculé
Coût le plus bas = meilleur plan

Exemple de requête et son résultat

SELECT nom, prenom, num_service
FROM employes
WHERE nom LIKE 'B%'
ORDER BY num_service;

    nom    |  prenom  | num_service
-----------+----------+-------------
 Berlicot  | Jules    |           2
 Brisebard | Sylvie   |           3
 Barnier   | Germaine |           4

La requête en exemple permet de récupérer des informations sur tous les employés dont le nom commence par la lettre B en triant les employés par leur service.

Un moteur de bases de données peut récupérer les données de plusieurs façons :

faire un parcours séquentiel de la table employes en filtrant les enregistrements d’après leur nom, puis trier les données grâce à un algorithme ;
faire un parcours d’index (s’il y en a un) sur la colonne nom pour trouver plus rapidement les enregistrements de la table employes satisfaisant le filtre 'B%', puis trier les données grâce à un algorithme ;
faire un parcours d’index sur la colonne num_service pour récupérer les enregistrements déjà triés par service, et ne retourner que ceux vérifiant le prédicat nom like 'B%'.

Et ce ne sont que quelques exemples, car il serait possible d’avoir un index utilisable à la fois pour le tri et le filtre par exemple.

Donc la requête décrit le résultat à obtenir, et le planificateur va chercher le meilleur moyen pour parvenir à ce résultat. Pour ce travail, il dispose d’un certain nombre d’opérations de base. Ces opérations travaillent sur des ensembles de lignes, généralement un ou deux. Chaque opération renvoie un seul ensemble de lignes. Le planificateur peut combiner ces opérations suivant certaines règles. Une opération peut renvoyer l’ensemble de résultats de deux façons : d’un coup (par exemple le tri) ou petit à petit (par exemple un parcours séquentiel). Le premier cas utilise plus de mémoire, et peut nécessiter d’écrire des données temporaires sur disque. Le deuxième cas aide à accélérer des opérations comme les curseurs, les sous-requêtes IN et EXISTS, la clause LIMIT, etc.

Décisions de l’optimiseur

Comment accéder aux lignes ?
- parcours de table, d’index, de fonction, etc.
Comment joindre les tables ?
- ordre
- type
Comment agréger ?
- brut, tri, hachage…

Mécanisme de calcul de coûts

Chaque opération a un coût :
- lire un bloc selon sa position sur le disque
- manipuler une ligne
- appliquer un opérateur
- …
et généralement un paramètre associé

Statistiques

Connaître le coût de traitement d’une ligne est bien
- mais combien de lignes à traiter ?
Statistiques sur les données
- mises à jour : ANALYZE
Sans bonnes statistiques, pas de bons plans !

En plus du coût unitaire de traitement d’une ligne, il faut connaître le nombre total de lignes à traiter pour calculer le coût total. L’optimiseur a donc besoin d’informations sur les données, comme par exemple le nombre de blocs et de lignes d’une table, les valeurs les plus fréquentes et leur fréquence, pour chaque colonne de chaque table. Ces statistiques sur les données sont calculées lors de l’exécution de la commande SQL ANALYZE.

Le processus autovacuum permet de rafraîchir régulièrement les statistiques.

Le propriétaire de la table ou un superutilisateur peut également le faire manuellement. À partir de PostgreSQL 17, il est possible de créer un utilisateur dédié à la maintenance, qui, sans avoir de droits de lecture sur les tables, peut exécuter ces commandes. Cet utilisateur pourra intervenir soit sur toutes les tables s’il possède le rôle pg_maintain, soit sur des tables spécifiques si un GRANT MAINTAIN lui a été accordé.

Des statistiques périmées ou pas assez fines sont une source fréquente de plans non optimaux !

Exemple - parcours d’index

CREATE TABLE t1 (c1 integer, c2 integer);
INSERT INTO t1 SELECT i, i FROM generate_series(1, 1000) i;
CREATE INDEX ON t1(c1);
ANALYZE t1;

EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE c1=1 ;

                         QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------
Index Scan using t1_c1_idx on t1 (cost=0.28..8.29 rows=1 width=8)
  Index Cond: (c1 = 1)

L’exemple crée une table et lui ajoute 1000 lignes. Chaque ligne a une valeur différente dans les colonnes c1 et c2 (de 1 à 1000).

SELECT * FROM t1 ;

  c1  |  c2  
------+------
    1 |    1
    2 |    2
    3 |    3
    4 |    4
    5 |    5
    6 |    6
…
  996 |  996
  997 |  997
  998 |  998
  999 |  999
 1000 | 1000
(1000 lignes)

Dans cette requête :

EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE c1=1 ;

nous savons qu’un SELECT filtrant sur la valeur 1 pour la colonne c1 ne ramènera qu’une ligne. Grâce aux statistiques relevées par la commande ANALYZE exécutée juste avant, l’optimiseur estime lui aussi qu’une seule ligne sera récupérée. Une ligne sur 1000, c’est un bon ratio pour faire un parcours d’index. C’est donc ce que recommande l’optimiseur.

Exemple - parcours de table

UPDATE t1 SET c1=1 ;   /* 1000 lignes identiques */

ANALYZE t1 ;           /* ne pas oublier ! */

EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE c1=1;

                    QUERY PLAN
------------------------------------------------------
 Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=1000 width=8)
   Filter: (c1 = 1)

Exemple - parcours d’index forcé

SET enable_seqscan TO off ;

EXPLAIN SELECT * FROM t1 WHERE c1=1;

                         QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------
Index Scan using t1_c1_idx on t1 (cost=0.28..57.77 rows=1000 width=8)
  Index Cond: (c1 = 1)

RESET enable_seqscan ;

Qu’est-ce qu’un plan d’exécution ?

Représente les différentes opérations pour répondre à la requête
Sous forme arborescente
Composé des nœuds d’exécution
Plusieurs opérations simples mises bout à bout

L’optimiseur transforme une grosse action (exécuter une requête) en plein de petites actions unitaires (trier un ensemble de données, lire une table, parcourir un index, joindre deux ensembles de données, etc). Ces petites actions sont liées les unes aux autres. Par exemple, pour exécuter cette requête :

SELECT * FROM une_table ORDER BY une_colonne;

peut se faire en deux actions :

récupérer les enregistrements de la table ;
trier les enregistrements provenant de la lecture de la table (en RAM ou sur disque).

Mais ce n’est qu’une des possibilités.

Nœud d’exécution

Nœud
- opération simple : lectures, jointures, tris, etc.
- unité de traitement
- produit et consomme des données
Enchaînement des opérations
- chaque nœud produit les données consommées par le nœud parent
- le nœud final retourne les données à l’utilisateur

Récupérer un plan d’exécution

Commande EXPLAIN
- suivi de la requête complète
Uniquement le plan finalement retenu

Exemple de requête

EXPLAIN SELECT * FROM t1  WHERE c2<10 ORDER BY c1;

Plan pour cette requête

                       QUERY PLAN
---------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
   Sort Key: c1
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
         Filter: (c2 < 10)

L’optimiseur envoie ce plan à l’exécuteur. Ce dernier voit qu’il a une opération de tri à effectuer (nœud Sort). Pour cela, il a besoin de données que le nœud suivant va lui donner. Il commence donc l’opération de lecture (nœud SeqScan). Il envoie chaque enregistrement valide au nœud Sort pour que ce dernier les trie.

Chaque nœud dispose d’un certain nombre d’informations placées soit sur la même ligne entre des parenthèses, soit sur la ou les lignes du dessous. La différence entre une ligne de nœud et une ligne d’informations est que la ligne de nœud contient une flèche au début (->). Par exemple, le nœud Sort contient des informations entre des parenthèses et une information supplémentaire sur la ligne suivante indiquant la clé de tri (la colonne c1). Par contre, la troisième ligne n’est pas une ligne d’informations du nœud Sort mais un nouveau nœud (SeqScan).

Informations sur la ligne nœud

->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
      Filter: (c2 < 10)

cost : coûts de récupération
- de la première ligne
- de toutes les lignes
rows
- nombre de lignes en sortie du nœud
width
- largeur moyenne d’un enregistrement (octets)

Informations sur les lignes suivantes

Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
  Sort Key: c1
  ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
        Filter: (c2 < 10)

Sort
- Sort Key : clé de tri
Seq Scan
- Filter : filtre (si besoin)
Dépend
- du type de nœud
- des options de EXPLAIN
- des paramètres de configuration
- de la version de PostgreSQL

EXPLAIN ( ANALYZE )

EXPLAIN (ANALYZE)  /* exécution !! */
SELECT   *   FROM t1   WHERE c2<10   ORDER BY c1;

                        QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
       (actual time=0.493..0.498 rows=9 loops=1)
   Sort Key: c1
   Sort Method: quicksort  Memory: 25kB
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
               (actual time=0.061..0.469 rows=9 loops=1)
         Filter: (c2 < 10)
         Rows Removed by Filter: 991
 Planning Time: 0.239 ms
 Execution Time: 0.606 ms

Le but de cette option est d’obtenir les informations sur l’exécution réelle de la requête.

Avec ANALYZE, la requête est réellement exécutée ! Attention donc aux INSERT/UPDATE/DELETE. N’oubliez pas non plus qu’un SELECT peut appeler des fonctions qui écrivent dans la base. Dans le doute, pensez à englober l’appel dans une transaction que vous annulerez après coup.

Quatre nouvelles informations apparaissent dans un nouveau bloc de parenthèses. Elles sont toutes liées à l’exécution réelle de la requête :

actual time
la première valeur correspond à la durée en milliseconde pour récupérer la première ligne ;
la deuxième valeur est la durée en milliseconde pour récupérer toutes les lignes ;
rows est le nombre de lignes réellement récupérées ;
loops est le nombre d’exécutions de ce nœud, soit dans le cadre d’une jointure, soit dans le cadre d’une requête parallélisée.

Multiplier la durée par le nombre de boucles pour obtenir la durée réelle d’exécution du nœud !

L’intérêt de cette option est donc de trouver l’opération qui prend du temps dans l’exécution de la requête, mais aussi de voir les différences entre les estimations et la réalité (notamment au niveau du nombre de lignes).

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)
SELECT   *   FROM t1   WHERE c2<10   ORDER BY c1;

                        QUERY PLAN
---------------------------------------------------------
 Sort  (cost=17.64..17.67 rows=9 width=8)
       (actual time=0.126..0.127 rows=9 loops=1)
   Sort Key: c1
   Sort Method: quicksort  Memory: 25kB
   Buffers: shared hit=3 read=5
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..17.50 rows=9 width=8)
                       (actual time=0.017..0.106 rows=9 loops=1)
         Filter: (c2 < 10)
         Rows Removed by Filter: 991
         Buffers: shared read=5

Par défaut depuis PostgreSQL 18

L’option BUFFERS fait apparaître le nombre de blocs (buffers) impactés par chaque nœud du plan d’exécution, en lecture comme en écriture.

Depuis PostgreSQL 18, BUFFERS est activé par défaut.

Il est conseillé de l’activer systématiquement. La quantité de blocs manipulés par une requête est parfois surprenante, et souvent la cause d’une mauvaise performance.

Dans l’exemple, shared read=5 signifie que 5 blocs ont été trouvés et lus hors du cache de PostgreSQL (shared buffers). 5 blocs est justement la taille de t1. Ils peuvent venir du cache de l’OS ou être lus sur le disque, ce n’est pas directement visible. Un peu plus haut, shared hit=3 read=5 indique que 3 blocs ont été lus dans ce cache, et 5 autres toujours hors du cache. Les valeurs exactes dépendent donc de l’état du cache. Si on relance la requête, pour une telle petite table, les relectures se feront uniquement en shared hit.

BUFFERS compte aussi les blocs de fichiers ou tables temporaires (temp ou local), ou les blocs écrits sur disque (written).

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS) n’affiche que des données réelles, pas des estimations.

Sans ANALYZE, EXPLAIN (BUFFERS) ne montre que les blocs utilisés par la planification, plutôt que ceux accédés à l’exécution. Ces blocs sont surtout des appels aux tables systèmes. Ils disparaissent souvent quand on appelle la requête une deuxième fois, ou plus, dans la même session, car celle-ci conserve des informations dans son propre cache.

EXPLAIN (ANALYZE, WAL)

EXPLAIN (ANALYZE, WAL)
INSERT INTO t1 SELECT i, i FROM generate_series(1,1000) i ;

                      QUERY PLAN
----------------------------------------------------
 Insert on t1  (cost=0.00..10.00 rows=0 width=0) (actual time=1.989..1.989 rows=0.00 loops=1)
   Buffers: shared hit=3013 read=1 dirtied=14 written=7
   WAL: records=2013 fpi=7 bytes=168527
   ->  Function Scan on generate_series i  (cost=0.00..10.00 rows=1000 width=8) (actual time=0.052..0.205 rows=1000.00 loops=1)
 Planning Time: 0.039 ms
 Execution Time: 2.011 ms

EXPLAIN (ANALYZE, SERIALIZE)

EXPLAIN (ANALYZE,VERBOSE,BUFFERS,SERIALIZE)
SELECT * FROM demotoast ;

                            QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on public.demotoast  (cost=0.00..177.00 rows=1000 width=1196) (actual time=0.012..0.182 rows=1000 loops=1)
   Output: i, t, png, j
   Buffers: shared hit=167
 Query Identifier: 698565989149231362
 Planning Time: 0.055 ms
 Serialization: time=397.480 ms  output=307084kB  format=text
   Buffers: shared hit=14500
 Execution Time: 397.776 ms

PostgreSQL 17

EXPLAIN ( GENERIC_PLAN )

Quel plan générique pour les requêtes préparées ?

EXPLAIN (GENERIC_PLAN)
SELECT * FROM t1 WHERE c1 < $1 ;

PostgreSQL 16

L’option GENERIC_PLAN n’est malheureusement pas disponible avant PostgreSQL 16. Elle est pourtant très pratique quand on cherche le plan d’une requête préparée sans connaître ses paramètres, ou pour savoir quel est le plan générique que prévoit PostgreSQL pour une requête préparée.

En effet, les plans des requêtes préparées ne sont pas forcément recalculés à chaque appel avec les paramètres exacts (le système est assez complexe et dépend du paramètre plan_cache_mode). La requête ne peut être exécutée sans vraie valeur de paramètre, donc l’option ANALYZE est inutilisable, mais en activant GENERIC_PLAN on peut tout de même voir le plan générique que PostgreSQL peut choisir (SUMMARY ON affiche en plus le temps de planification) :

EXPLAIN (GENERIC_PLAN, SUMMARY ON)
SELECT * FROM t1 WHERE c1 < $1 ;

                              QUERY PLAN                               
-----------------------------------------------------------------------
 Index Scan using t1_c1_idx on t1  (cost=0.15..14.98 rows=333 width=8)
   Index Cond: (c1 < $1)
 Planning Time: 0.195 ms

C’est effectivement le plan qui serait optimal pour $1=1. Mais pour la valeur 1000, qui ramène toute la table, un Seq Scan serait plus pertinent.

EXPLAIN (SETTINGS)

SET enable_seqscan TO off ;
SET work_mem TO '100MB';

EXPLAIN (SETTINGS)
SELECT   *   FROM t1   WHERE c2<10   ORDER BY c1;

                         QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------
Index Scan using t1_c1_idx on t1  (cost=0.28..57.77 rows=9 width=8)
  Filter: (c2 < 10)
Settings: enable_seqscan = 'off', work_mem = '100MB'

RESET ALL ;

Autres options

VERBOSE
- affichage verbeux : schémas, colonnes, workers : conseillé
MEMORY
- mémoire utilisée pour le plan (v17)
COSTS OFF
- masquer les coûts
TIMING OFF
- désactiver le chronométrage & des informations vues/calculées par l’optimiseur
SUMMARY
- affichage du temps de planification et exécution (si applicable)
FORMAT
- sortie en texte, JSON, XML, YAML

Ces options sont moins utilisées, mais certaines restent intéressantes dans des cas précis.

Option VERBOSE

N’hésitez pas à utiliser l’option VERBOSE pour afficher des informations supplémentaires comme :

la liste des colonnes en sortie ;
le nom des objets qualifiés par le nom du schéma ;
des statistiques sur les workers (pour les requêtes parallélisées) ;
le code SQL envoyé à un serveur distant (pour les tables distantes avec postgres_fdw notamment).

Dans l’exemple suivant, le nom du schéma est ajouté au nom de la table. La nouvelle ligne Output indique la liste des colonnes de l’ensemble de données en sortie du nœud.

EXPLAIN (VERBOSE) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1 ;

                           QUERY PLAN
----------------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
   Output: c1, c2
   Sort Key: t1.c1
   ->  Seq Scan on public.t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
         Output: c1, c2
         Filter: (t1.c2 < 10)

Option MEMORY

À partir de PostgreSQL 17, cette option affiche la mémoire consommée par le planificateur. Ce n’est utile que pour les requêtes compliquées. Cet exemple montre que même pour une requête très basique, un peu de mémoire est utilisée uniquement pour la planification :

EXPLAIN (MEMORY) SELECT relname FROM pg_class ;

                         QUERY PLAN                         
------------------------------------------------------------
 Seq Scan on pg_class  (cost=0.00..27.27 rows=527 width=64)
 Planning:
   Memory: used=9kB  allocated=16kB

Option COSTS

Cette option est activée par défaut. Il peut être intéressant de la désactiver pour n’avoir que le plan.

EXPLAIN (COSTS OFF) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1 ;

        QUERY PLAN
---------------------------
 Sort
   Sort Key: c1
   ->  Seq Scan on t1
         Filter: (c2 < 10)

Option TIMING

Cette option est activée par défaut. Il peut être intéressant de le désactiver sur les systèmes où le chronométrage prend beaucoup de temps et allonge inutilement la durée d’exécution de la requête. Mais de ce fait, le résultat devient beaucoup moins intéressant.

EXPLAIN (ANALYZE, TIMING OFF) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1 ;

                                   QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8) (actual rows=9 loops=1)
   Sort Key: c1
   Sort Method: quicksort  Memory: 25kB
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8) (actual rows=9 loops=1)
         Filter: (c2 < 10)
         Rows Removed by Filter: 991
 Planning Time: 0.155 ms
 Execution Time: 0.381 ms

Option SUMMARY

Elle permet d’afficher ou non le résumé final indiquant la durée de la planification et de l’exécution. Un EXPLAIN simple n’affiche pas le résumé par défaut (la durée de planification est pourtant parfois importante). Par contre, un EXPLAIN ANALYZE l’affiche par défaut.

EXPLAIN (SUMMARY ON) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1;

                       QUERY PLAN
---------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
   Sort Key: c1
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
         Filter: (c2 < 10)
 Planning Time: 0.185 ms

EXPLAIN (ANALYZE, SUMMARY OFF) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1;

                    QUERY PLAN
---------------------------------------------------------
 Sort  (cost=21.64..21.67 rows=9 width=8)
       (actual time=0.343..0.346 rows=9 loops=1)
   Sort Key: c1
   Sort Method: quicksort  Memory: 25kB
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..21.50 rows=9 width=8)
               (actual time=0.031..0.331 rows=9 loops=1)
         Filter: (c2 < 10)
         Rows Removed by Filter: 991

Option FORMAT

L’option FORMAT permet de préciser le format du texte en sortie. Par défaut, il s’agit du format texte habituel, mais il est possible de choisir un format semi-structuré parmi JSON, XML et YAML. Les formats semi-structurés sont utilisés principalement par des outils d’analyse comme explain.dalibo.com, car le contenu est plus facile à analyser, et même un peu plus complet. Voici ce que donne la commande EXPLAIN avec le format JSON :

psql -X -AtX \
-c 'EXPLAIN (FORMAT JSON) SELECT * FROM t1 WHERE c2<10 ORDER BY c1' | jq '.[]'

{
  "Plan": {
    "Node Type": "Sort",
    "Parallel Aware": false,
    "Async Capable": false,
    "Startup Cost": 34.38,
    "Total Cost": 34.42,
    "Plan Rows": 18,
    "Plan Width": 8,
    "Sort Key": [
      "c1"
    ],
    "Plans": [
      {
        "Node Type": "Seq Scan",
        "Parent Relationship": "Outer",
        "Parallel Aware": false,
        "Async Capable": false,
        "Relation Name": "t1",
        "Alias": "t1",
        "Startup Cost": 0,
        "Total Cost": 34,
        "Plan Rows": 18,
        "Plan Width": 8,
        "Filter": "(c2 < 10)"
      }
    ]
  }
}

Options personnalisées

La version 18 permet l’ajout d’options personnalisées par l’intermédiaire d’extensions.

La version 18 propose une extension d’exemple, appelée pg_overexplain qui ajoute deux options à EXPLAIN : DEBUG et RANGE_TABLE.

D’autres options pourraient voir le jour, suivant l’imagination des développeurs et les besoins des DBA.

Paramètre track_io_timing

SET track_io_timing TO on;
EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)
SELECT   *   FROM t1   WHERE c2<10   ORDER BY c1 ;

                            QUERY PLAN
---------------------------------------------------------
 Sort  (cost=52.14..52.21 rows=27 width=8) (actual time=1.359..1.366 rows=27 loops=1)
   …
   Buffers: shared hit=3 read=14
   I/O Timings: read=0.388
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..51.50 rows=27 width=8) (actual time=0.086..1.233 rows=27 loops=1)
         Filter: (c2 < 10)
         Rows Removed by Filter: 2973
         Buffers: shared read=14
         I/O Timings: read=0.388
 Planning:
   Buffers: shared hit=43 read=14
   I/O Timings: read=0.469
   …

Tester la machine avec pg_test_timing

La configuration du paramètre track_io_timing permet de demander le chronométrage des opérations d’entrée/sortie disque. Sur ce plan, nous pouvons voir que 14 blocs ont été lus en dehors du cache de PostgreSQL et que cela a pris 0,388 ms pour les lire (ils étaient certainement dans le cache du système d’exploitation).

Cette information permet de voir si le temps d’exécution de la requête est dépensé surtout dans la demande de blocs au système d’exploitation (donc hors du cache de PostgreSQL) ou dans l’exécution même de la requête (donc interne à PostgreSQL).

Avant d’activer track_io_timing, vérifiez les capacités de la machine avec l’outil pg_test_timing.

pg_test_timing est livré avec PostgreSQL et mesure les performances de l’horloge système. Si le temps de mesure renvoyé sur la deuxième ligne n’est que de quelques dizaines de nanosecondes, la machine est suffisamment rapide pour que track_io_timing renvoie des résultats précis et sans ralentir la requête. C’est le cas sur presque toutes les machines et systèmes d’exploitation actuels, mais il y a parfois des surprises, par exemple dans certaines machines virtuelles ou selon la source de l’horloge système. Sinon, éviter d’activer track_io_timing sur un serveur de production. Sur une machine de test ou de formation, ce n’est pas un problème.

Détecter les problèmes

Temps d’exécution de chaque opération
Différence entre l’estimation du nombre de lignes et la réalité
Boucles
- appels, même rapides, nombreux
Opérations utilisant beaucoup de blocs (BUFFERS)
Opérations lentes de lecture/écriture (track_io_timing)

Lorsqu’une requête s’exécute lentement, cela peut être un problème dans le plan. La sortie de EXPLAIN peut apporter quelques informations qu’il faut savoir décoder.

Par exemple, une différence importante entre le nombre estimé de lignes et le nombre réel de lignes laisse un doute sur les statistiques présentes. Soit elles n’ont pas été réactualisées récemment, soit l’échantillon n’est pas suffisamment important pour que les statistiques donnent une vue proche du réel du contenu de la table.

Les boucles sont à surveiller. Par exemple, un accès à une ligne par un index est généralement très rapide, mais répété des millions de fois à cause d’une boucle, le total est parfois plus long qu’une lecture complète de la table indexée. C’est notamment l’enjeu du réglage entre seq_page_cost et random_page_cost.

L’option BUFFERS d’EXPLAIN permet également de mettre en valeur les opérations d’entrées/sorties lourdes. Cette option affiche notamment le nombre de blocs lus en/hors du cache de PostgreSQL. Sachant qu’un bloc fait généralement 8 kilo-octets, il est aisé de déterminer le volume de données manipulé par une requête.

Nœuds d’exécution les plus courants (introduction)

Parcours
Jointures
Agrégats
Tri

Parcours

Table
- Seq Scan, Parallel Seq Scan
Index
- Index Scan, Bitmap Scan, Index Only Scan
- et les variantes parallélisées
Autres
- Function Scan, Values Scan

Plusieurs types d’objets peuvent être parcourus. Pour chacun, l’optimiseur peut choisir entre plusieurs types de parcours.

Les tables passent par un Seq Scan qui est une lecture simple de la table, bloc par bloc, ligne par ligne. Ce parcours peut filtrer les données mais ne les triera pas. Une variante parallélisée existe sous le nom de Parallel Seq Scan.

Les index disposent de plusieurs parcours, principalement suivant la quantité d’enregistrements à récupérer :

Index Scan quand il y a très peu d’enregistrements à récupérer ;
Bitmap Scan quand il y en a un peu plus ou quand on veut lire plusieurs index d’une même table pour satisfaire plusieurs conditions de filtre ;
Index Only Scan quand les champs de la requête correspondent aux colonnes de l’index (ce qui permet d’éviter la lecture de tout ou partie de la table).

Ces différents parcours sont parallélisables. Ils ont dans ce cas le mot Parallel ajouté en début du nom du nœud.

Enfin, il existe des parcours moins fréquents, comme les parcours de fonction (Function Scan) ou de valeurs (Values Scan).

Jointures

Algorithmes
- Nested Loop
- Hash Join
- Merge Join
Parallélisation possible
Pour EXISTS, IN et certaines jointures externes
- Semi Join
- Anti Join

Agrégats

Un résultat au total
- Aggregate
Un résultat par regroupement
- Hash Aggregate
- Group Aggregate
- Mixed Aggregate
Parallélisation
- Partial Aggregate
- Finalize Aggregate

Opérations unitaires

Sort
Incremental Sort
Limit
Unique (DISTINCT)
Append (UNION ALL), Except, Intersect
Gather (parallélisme)
Memoize

Outils graphiques

pgAdmin
explain.depesz.com
explain.dalibo.com

pgAdmin

Vision graphique d’un EXPLAIN
Une icône par nœud
La taille des flèches dépend de la quantité de données
Le détail de chaque nœud est affiché en survolant les nœuds

pgAdmin - copie d’écran

explain.depesz.com

Site web avec affichage amélioré du EXPLAIN ANALYZE
Lignes colorées pour indiquer les problèmes
Installable en local

explain.depesz.com - exemple

explain.dalibo.com

Reprise de pev d’Alex Tatiyants, par Pierre Giraud (Dalibo)
Page web avec affichage graphique d’un EXPLAIN [ANALYZE]
Repérage des nœuds longs, lourds…
Affichage flexible
explain.dalibo.com
Installable en local

À l’origine, pev (PostgreSQL Explain Visualizer) est un outil libre offrant un affichage graphique du plan d’exécution et pointant le nœud le plus coûteux, le plus long, le plus volumineux, etc. Utilisable en ligne, il n’est hélas plus maintenu depuis plusieurs années.

explain.dalibo.com en est un fork, très étendu et activement maintenu par Pierre Giraud de Dalibo. Les plans au format texte comme JSON sont acceptés. Les versions récentes de PostgreSQL sont supportées, avec leurs spécificités : nouvelles options d’EXPLAIN, nouveaux types de nœuds… Tout se passe en ligne. Les plans peuvent être partagés, et protégés par un mot de passe.

Si vous ne souhaitez pas qu’ils soient stockés chez Dalibo, utilisez la version locale de pev2, qui s’exécute uniquement dans votre navigateur, ou installez chez vous une instance de l’application web complète.

Le code est sous licence PostgreSQL. Techniquement, c’est un composant VueJS qui peut être intégré à vos propres outils.

explain.dalibo.com - exemple

https://explain.dalibo.com/plan/692dd6g5g0de31ag#plan/node/5

Conclusion

Un optimiseur très avancé
Ne vous croyez pas plus malin que lui
Mais il est important de savoir comment il fonctionne

Questions

EXPLAIN (VERBOSE)
SELECT * FROM questions ;

Quiz

https://dali.bo/j0_quiz

Travaux pratiques

Tous les TP se basent sur la configuration par défaut de PostgreSQL, sauf précision contraire.

Manipuler explain

But : Première manipulation d’EXPLAIN

Si vous ne l’avez pas déjà, créer une base machines et y générer les données comme indiqué ci-dessous. L’exécution peut durer une minute ou deux suivant la machine.
curl -kL https://dali.bo/tp_machines_donnees -o machines_donnees.sql
createdb machines 
psql machines < machines_donnees.sql
La base machines contiendra alors deux tables :

machines est une liste de machines ;

donnees contient des données horodatées de quelques capteurs de ces machines, entre janvier et août 2023.

Nettoyage et mise à jour des statistiques :
VACUUM ANALYZE machines,donnees;

Quelles sont les tailles des tables ?

Pour simplifier certains plans, désactivons le parallélisme et la compilation à la volée :
SET max_parallel_workers_per_gather TO 0 ;
SET jit TO off ;

Requêtes sur les périodes :

Quel est le plan prévu pour récupérer les données du 31 janvier dans la table donnees ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage = '2023-01-31'::date ;

Quel est le plan prévu pour récupérer les données du mois de janvier dans la table donnees ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-01-01'::date AND '2023-01-31'::date ;

Quel est le plan prévu pour cette variante de la requête sur janvier ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE to_char (horodatage, 'YYYYMM') = '202301';
Pourquoi est-il différent ? Comparer avec le précédant en utilisant EXPLAIN ANALYZE.

Quel est le plan pour la même requête, cette fois sur deux mois ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-03-01'::date AND '2023-04-30'::date;
Relancer avec EXPLAIN (ANALYZE).

Jointure :

Quel est le plan prévu pour cette jointure sur toutes les données d’une machine ?
EXPLAIN
SELECT *
FROM donnees INNER JOIN machines USING (id_machine)
WHERE machines.code = 'E4DA3B' AND type = 5;

Quel est le plan prévu pour la requête suivante, qui récupère toutes les données d’après juillet pour un type de machines donné ? Quelles en sont les 3 étapes ?
EXPLAIN
SELECT description, horodatage, valeur1 
FROM donnees INNER JOIN machines USING (id_machine)
WHERE machines.type = 1
AND donnees.horodatage > '2023-07-01' ;

Manipuler explain (base magasin)

But : Manipuler explain.

Créer une base de données nommée magasin.

Importer le jeu de données d’exemple :

Si vous ne l’avez pas déjà, la base magasin (dump de 96 Mo, pour 667 Mo sur le disque au final) peut être téléchargée et restaurée comme suit dans une nouvelle base magasin :

createdb magasin
curl -kL https://dali.bo/tp_magasin -o /tmp/magasin.dump
pg_restore -d magasin  /tmp/magasin.dump
# le message sur public préexistant est normal
rm -- /tmp/magasin.dump

Les données sont dans deux schémas, magasin et facturation. Penser au search_path.

Pour ce TP, figer les paramètres suivants :

SET max_parallel_workers_per_gather to 0;
SET seq_page_cost TO 1 ;
SET random_page_cost TO 4 ;

Le schéma à utiliser se nomme également magasin.
Consulter les tables.

Lancer un ANALYZE sur la base.

Le but est de chercher une personne nommée Moris Russel dans la table contacts par les champs prenom et nom.

Quel est le plan qu’utilisera PostgreSQL pour le trouver ?

À combien de résultats le planificateur s’attend-il ?

Afficher le résultat.

Quel est le plan réellement exécuté ?

Rechercher la même personne par son contact_id.
Quel est le plan ?

La requête suivante recherche tous les fournisseurs résidents d’Hollywood.
SELECT c.nom, c.prenom FROM contacts c
INNER JOIN fournisseurs f
ON (f.contact_id = c.contact_id)
WHERE c.ville = 'Hollywood' ;
Quel est le plan prévu ?

Que donne-t-il à l’exécution ?

Travaux pratiques (solutions)

Manipuler explain

Si vous ne l’avez pas déjà, créer une base machines et y générer les données comme indiqué ci-dessous. L’exécution peut durer une minute ou deux suivant la machine.
curl -kL https://dali.bo/tp_machines_donnees -o machines_donnees.sql
createdb machines 
psql machines < machines_donnees.sql
La base machines contiendra alors deux tables :

machines est une liste de machines ;

donnees contient des données horodatées de quelques capteurs de ces machines, entre janvier et août 2023.

Nettoyage et mise à jour des statistiques :
VACUUM ANALYZE machines,donnees;

Cette opération est à faire systématiquement sur des tables récentes, ou au moindre doute. L’autovacuum n’est parfois pas assez rapide pour effectuer ces opérations.

Quelles sont les tailles des tables ?

Sous psql :

=# \dt+
                                                 Liste des relations
 Schéma |       Nom       | Type  | Propriétaire |  … | Taille  | …
--------+-----------------+-------+--------------+----+---------+--
 public | donnees         | table | postgres     |    | 284 MB  | 
 public | machines        | table | postgres     |    | 120 kB  |

Quant aux nombres de lignes :

SELECT count (*) FROM machines ;

 count 
-------
  1000

SELECT count (*) FROM donnees ;

  count  
---------
 4950225

Tout plan d’exécution dépend de la configuration de PostgreSQL. Sauf précision contraire, nous partons toujours de la configuration par défaut.

Pour simplifier certains plans, désactivons le parallélisme et la compilation à la volée :
SET max_parallel_workers_per_gather TO 0 ;
SET jit TO off ;

Requêtes sur les périodes :

Quel est le plan prévu pour récupérer les données du 31 janvier dans la table donnees ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage = '2023-01-31'::date ;

Le plan prévu est :

                                  QUERY PLAN                                   
-------------------------------------------------------------------------------
Index Scan using donnees_horodatage_idx on donnees (cost=0.43..8.64 rows=12 width=30)
  Index Cond: (horodatage = '2023-01-31'::date)

Il existe un index sur le critère, il est naturel qu’il soit utilisé.

Quel est le plan prévu pour récupérer les données du mois de janvier dans la table donnees ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-01-01'::date AND '2023-01-31'::date ;

Le plan prévu est le même, au critère près :

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using donnees_horodatage_idx on donnees  (cost=0.43..934.33 rows=28745 width=30)
   Index Cond: ((horodatage >= '2023-01-01'::date) AND (horodatage <= '2023-01-31'::date))

Noter la réécriture du BETWEEN sous forme d’inégalités.

Quel est le plan prévu pour cette variante de la requête sur janvier ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE to_char (horodatage, 'YYYYMM') = '202301';
Pourquoi est-il différent ? Comparer avec le précédant en utilisant EXPLAIN ANALYZE.

Le plan cette fois est un parcours de table. L’index est ignoré, toute la table est lue :

                            QUERY PLAN
------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on donnees  (cost=0.00..110652.96 rows=24751 width=30)
   Filter: (to_char(horodatage, 'YYYYMM'::text) = '202301'::text)

Si le parallélisme est activé, il existe une variante parallélisée de ce plan :

                                  QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Gather  (cost=1000.00..70813.25 rows=24751 width=30)
   Workers Planned: 2
   ->  Parallel Seq Scan on donnees  (cost=0.00..67338.15 rows=10313 width=30)
         Filter: (to_char(horodatage, 'YYYYMM'::text) = '202301'::text)

La raison du changement de plan est le changement du critère. C’est évident pour un humain, mais PostgreSQL ne fait pas l’équivalence entre les deux formulations du critère sur le mois de janvier. Or il n’y a pas d’index sur la fonction to_char(horodatage, 'YYYYMM') (il serait possible d’en créer un).

Si l’on compare les deux plans en les exécutant réellement, avec EXPLAIN (ANALYZE), on obtient pour la variante avec BETWEEN :

EXPLAIN (ANALYZE,BUFFERS)
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-01-01'::date AND '2023-01-31'::date ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using donnees_horodatage_idx on donnees  (cost=0.43..934.33 rows=28745 width=30) (actual time=0.234..26.853 rows=19600.00 loops=1)
   Index Cond: ((horodatage >= '2023-01-01'::date) AND (horodatage <= '2023-01-31'::date))
   Index Searches: 1
   Buffers: shared hit=6 read=191
 Planning:
   Buffers: shared hit=8
 Planning Time: 0.292 ms
 Execution Time: 44.079 ms

et pour la variante avec to_char :

EXPLAIN (ANALYZE,BUFFERS)
SELECT * FROM donnees
WHERE to_char (horodatage, 'YYYYMM') = '202301';

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on donnees  (cost=0.00..110652.96 rows=24751 width=30) (actual time=0.323..4391.222 rows=19600.00 loops=1)
   Filter: (to_char(horodatage, 'YYYYMM'::text) = '202301'::text)
   Rows Removed by Filter: 4930625
   Buffers: shared hit=145 read=36254
 Planning Time: 0.167 ms
 Execution Time: 4406.425 ms

La dernière ligne indique 44 ms pour la variante avec BETWEEN contre 4,4 s pour la variante avec to_char : l’utilisation de l’index est nettement plus intéressante que le parcours complet de la table. Le plan indique aussi que beaucoup plus de blocs (buffers) ont été lus.

Quel est le plan pour la même requête, cette fois sur deux mois ?
EXPLAIN
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-03-01'::date AND '2023-04-30'::date;
Relancer avec EXPLAIN (ANALYZE).

On s’attend au même plan que pour la recherche sur janvier, mais PostgreSQL prévoit cette fois un parcours complet :

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on donnees  (cost=0.00..110652.96 rows=4187102 width=30)
   Filter: ((horodatage >= '2023-03-01'::date) AND (horodatage <= '2023-04-30'::date))

En effet, il y a beaucoup plus de lignes à récupérer sur mars-avril qu’en janvier. La mention rows indique l’estimation des lignes ramenées et indique 4,2 millions de lignes sur les 4,9 de la table ! Le plus efficace est donc de lire directement la table. Les statistiques permettent donc à PostgreSQL de changer de stratégie suivant les volumétries attendues.

Une exécution réelle indique que cette estimation est bonne, et dure logiquement à peu près aussi longtemps que le parcours complet ci-dessus :

EXPLAIN (ANALYZE)
SELECT * FROM donnees
WHERE horodatage BETWEEN '2023-03-01'::date AND '2023-04-30'::date ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on donnees  (cost=0.00..110652.96 rows=4187102 width=30) (actual time=119.337..5087.984 rows=4182160.00 loops=1)
   Filter: ((horodatage >= '2023-03-01'::date) AND (horodatage <= '2023-04-30'::date))
   Rows Removed by Filter: 768065
   Buffers: shared hit=239 read=36160
 Planning Time: 0.246 ms
 Execution Time: 8343.413 ms

Jointure :

Quel est le plan prévu pour cette jointure sur toutes les données d’une machine ?
EXPLAIN
SELECT *
FROM donnees INNER JOIN machines USING (id_machine)
WHERE machines.code = 'E4DA3B' AND type = 5;

Le plan est :

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Nested Loop  (cost=0.71..5038.34 rows=4950 width=75)
   ->  Index Scan using machines_type_code_key on machines  (cost=0.28..8.29 rows=1 width=49)
         Index Cond: ((type = 5) AND ((code)::text = 'E4DA3B'::text))
   ->  Index Scan using donnees_id_machine_idx on donnees  (cost=0.43..4130.00 rows=90005 width=30)
         Index Cond: (id_machine = machines.id_machine)

Il s’agit :

d’un accès à machines par l’index sur machines (type, code) (cet index marque l’unicité) ;
suivi d’un accès à donnees, toujours par l’index sur le champ indexé id_machine.

Quel est le plan prévu pour la requête suivante, qui récupère toutes les données d’après juillet pour un type de machines donné ? Quelles en sont les 3 étapes ?
EXPLAIN
SELECT description, horodatage, valeur1 
FROM donnees INNER JOIN machines USING (id_machine)
WHERE machines.type = 1
AND donnees.horodatage > '2023-07-01' ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Hash Join  (cost=30.67..6806.96 rows=112647 width=47)
   Hash Cond: (donnees.id_machine = machines.id_machine)
   ->  Index Scan using donnees_horodatage_idx on donnees  (cost=0.43..6225.79 rows=208992 width=16)
         Index Cond: (horodatage > '2023-07-01 00:00:00+02'::timestamp with time zone)
   ->  Hash  (cost=23.50..23.50 rows=539 width=39)
         ->  Seq Scan on machines  (cost=0.00..23.50 rows=539 width=39)
               Filter: (type = 1)

Il s’agit ici d’une jointure en hash join, courante dans les jointures brassant beaucoup de lignes.

PostgreSQL commence par un parcours complet de machines (type = 1 concerne la plupart des machines ). Puis il crée une « table de hachage » à partir des id_machine des lignes résultantes. Il parcoure donnees en se basant sur l’index sur la date. Les lignes résultantes seront comparées au contenu de la table de hachage pour savoir s’il faut garder les valeurs.

Manipuler explain (base magasin)

Créer une base de données nommée magasin.

Si l’on est connecté à la base, en tant que superutilisateur postgres :

CREATE DATABASE magasin;

Alternativement, depuis le shell, en tant qu’utilisateur système postgres :

postgres$ createdb --echo  magasin

SELECT pg_catalog.set_config('search_path', '', false);
CREATE DATABASE magasin;

Importer le jeu de données d’exemple :

Si vous ne l’avez pas déjà, la base magasin (dump de 96 Mo, pour 667 Mo sur le disque au final) peut être téléchargée et restaurée comme suit dans une nouvelle base magasin :

createdb magasin
curl -kL https://dali.bo/tp_magasin -o /tmp/magasin.dump
pg_restore -d magasin  /tmp/magasin.dump
# le message sur public préexistant est normal
rm -- /tmp/magasin.dump

Les données sont dans deux schémas, magasin et facturation. Penser au search_path.

Pour ce TP, figer les paramètres suivants :

SET max_parallel_workers_per_gather to 0;
SET seq_page_cost TO 1 ;
SET random_page_cost TO 4 ;

Le schéma à utiliser se nomme également magasin.
Consulter les tables.

Le schéma par défaut public ne contient effectivement aucune table intéressante.

\dn
     Liste des schémas
     Nom     | Propriétaire
-------------+--------------
 facturation | postgres
 magasin     | postgres
 public      | postgres

SET search_path to magasin ;

 \dt+
                                     Liste des relations
 Schéma  |         Nom          | Type  | Propriétaire | Persistence |   Taille   | D…
---------+----------------------+-------+--------------+-------------+------------+---
 magasin | clients              | table | postgres     | permanent   | 8424 kB    |
 magasin | commandes            | table | postgres     | permanent   | 80 MB      |
 magasin | conditions_reglement | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | contacts             | table | postgres     | permanent   | 24 MB      |
 magasin | etats_retour         | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | fournisseurs         | table | postgres     | permanent   | 840 kB     |
 magasin | lignes_commandes     | table | postgres     | permanent   | 330 MB     |
 magasin | lots                 | table | postgres     | permanent   | 74 MB      |
 magasin | modes_expedition     | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | modes_reglement      | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | numeros_sequence     | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | pays                 | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | pays_transporteurs   | table | postgres     | permanent   | 8192 bytes |
 magasin | produit_fournisseurs | table | postgres     | permanent   | 216 kB     |
 magasin | produits             | table | postgres     | permanent   | 488 kB     |
 magasin | regions              | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | transporteurs        | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |
 magasin | types_clients        | table | postgres     | permanent   | 16 kB      |

Conseils pour la suite :

Préciser \timing on dans psql pour afficher les temps d’exécution de la recherche.
Pour rendre les plans plus lisibles, désactiver le JIT et le parallélisme :

SET jit TO off ;
SET max_parallel_workers_per_gather TO 0 ;

Lancer un ANALYZE sur la base.

ANALYZE ;

Le but est de chercher une personne nommée Moris Russel dans la table contacts par les champs prenom et nom.

Quel est le plan qu’utilisera PostgreSQL pour le trouver ?

À combien de résultats le planificateur s’attend-il ?

 EXPLAIN SELECT * FROM contacts WHERE nom ='Russel'  AND prenom = 'Moris' ;

                                   QUERY PLAN
---------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on contacts  (cost=0.00..4754.07 rows=1 width=297)
   Filter: (((nom)::text = 'Russel'::text) AND ((prenom)::text = 'Moris'::text))

La table sera entièrement parcourue (Seq Scan). PostgreSQL pense qu’il trouvera une ligne.

Afficher le résultat.

 SELECT * FROM contacts WHERE nom ='Russel' AND prenom = 'Moris' ;

-[ RECORD 1 ]----------------------------------------
contact_id  | 26452
login       | Russel_Moris
passwd      | 9f81a90c36dd3c60ff06f3c800ae4c1b
email       | ubaldo@hagenes-kulas-and-oberbrunner.mo
nom         | Russel
prenom      | Moris
adresse1    | 02868 Norris Greens
adresse2    | ¤
code_postal | 62151
ville       | Laguna Beach
code_pays   | CA
telephone   | {"+(05) 4.45.08.11.03"}

Temps : 31,246 ms

La requête envoie bien une ligne, et l’obtenir a pris 31 ms sur cette machine avec SSD.

Quel est le plan réellement exécuté ?

Il faut relancer la requête :

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS) SELECT * FROM contacts
  WHERE nom ='Russel' AND prenom = 'Moris' ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Seq Scan on contacts  (cost=0.00..4754.07 rows=1 width=297) (actual time=6.058..22.734 rows=1.00 loops=1)
   Filter: (((nom)::text = 'Russel'::text) AND ((prenom)::text = 'Moris'::text))
   Rows Removed by Filter: 110004
   Buffers: shared hit=3104
 Planning Time: 0.154 ms
 Execution Time: 22.783 ms

PostgreSQL a à nouveau récupéré une ligne. Ici, cela n’a pris que 23 ms.

La table a été parcourue entièrement, et 110 004 lignes ont été rejetées. La ligne shared hit indique que 3104 blocs de 8 ko ont été lus dans le cache de PostgreSQL. La requête précédente a apparemment suffi à charger la table entière en cache (il n’y a pas de shared read).

Rechercher la même personne par son contact_id.
Quel est le plan ?

 EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS) SELECT * FROM contacts WHERE contact_id = 26452 ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Index Scan using contacts_pkey on contacts  (cost=0.42..8.44 rows=1 width=297) (actual time=0.095..0.098 rows=1.00 loops=1)
   Index Cond: (contact_id = 26452)
   Index Searches: 1
   Buffers: shared hit=4 read=3
 Planning:
   Buffers: shared hit=6 read=3
 Planning Time: 0.359 ms
 Execution Time: 0.137 ms

PostgreSQL estime correctement trouver une ligne. Cette fois, il s’agit d’un Index Scan, en l’occurrence sur l’index de la clé primaire. Le résultat est bien plus rapide : 359 µs pour planifier, 137 µs pour exécuter.

Les blocs lus se répartissent entre read et hit : une partie était en mémoire, notamment ceux liés à la table, puisque la table aussi a été interrogée (l’index ne contient que les données de contact_id) ; mais l’index n’était pas en mémoire.

La requête suivante recherche tous les fournisseurs résidents d’Hollywood.
SELECT c.nom, c.prenom FROM contacts c
INNER JOIN fournisseurs f
ON (f.contact_id = c.contact_id)
WHERE c.ville = 'Hollywood' ;
Quel est le plan prévu ?

Que donne-t-il à l’exécution ?

Le plan simplifié est :

 EXPLAIN (COSTS OFF)
 SELECT c.nom, c.prenom
 FROM contacts c INNER JOIN fournisseurs f ON (f.contact_id = c.contact_id)
 WHERE c.ville = 'Hollywood' ;

                    QUERY PLAN
-----------------------------------------------------
 Merge Join
   Merge Cond: (c.contact_id = f.contact_id)
   ->  Index Scan using contacts_pkey on contacts c
         Filter: ((ville)::text = 'Hollywood'::text)
   ->  Sort
         Sort Key: f.contact_id
         ->  Seq Scan on fournisseurs f

Il consiste à parcourir intégralement la table fournisseurs (Seq Scan), à trier sa colonne contact_id, et à effectuer une jointure de type Merge Join avec la clé primaire de la table contacts. En effet, un Merge Join s’effectue entre deux ensembles triés : l’index l’est déjà, mais fournisseurs.contact_id ne l’est pas.

Noter qu’aucune donnée n’est récupérée de fournisseurs. Il est pourtant nécessaire de la joindre à contacts car de nombreux contacts ne sont pas des fournisseurs.

Exécutée, cette requête renvoie le plan suivant :

EXPLAIN (ANALYZE,BUFFERS)
SELECT c.nom, c.prenom FROM contacts c
INNER JOIN fournisseurs f ON (f.contact_id = c.contact_id)
WHERE c.ville = 'Hollywood' ;

                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------------
 Merge Join  (cost=864.81..1493.43 rows=31 width=14) (actual time=22.544..51.659 rows=32.00 loops=1)
   Merge Cond: (c.contact_id = f.contact_id)
   Buffers: shared hit=339 read=132
   ->  Index Scan using contacts_pkey on contacts c  (cost=0.42..6252.56 rows=346 width=22) (actual time=0.036..8.599 rows=33.00 loops=1)
         Filter: ((ville)::text = 'Hollywood'::text)
         Rows Removed by Filter: 11971
         Index Searches: 1
         Buffers: shared hit=339 read=32
   ->  Sort  (cost=864.39..889.39 rows=10000 width=8) (actual time=22.460..32.543 rows=10000.00 loops=1)
         Sort Key: f.contact_id
         Sort Method: quicksort  Memory: 385kB
         Buffers: shared read=100
         ->  Seq Scan on fournisseurs f  (cost=0.00..200.00 rows=10000 width=8) (actual time=0.855..12.073 rows=10000.00 loops=1)
               Buffers: shared read=100
 Planning:
   Buffers: shared hit=4
 Planning Time: 0.493 ms
 Execution Time: 52.011 ms

Ce plan est visible graphiquement sur https://explain.dalibo.com/plan/dum :

Le Seq Scan sur fournisseurs lit 10 000 lignes (100 blocs, hors du cache), ce qui était prévu. Cela prend 12 ms. Le nœud Sort trie les contact_id et consomme 385 ko en mémoire. Il renvoie bien sûr aussi 10 000 lignes, et il commence à le faire au bout de 22,5 ms.

La jointure peut commencer. Il s’agit de parcourir simultanément l’ensemble que l’on vient de trier d’une part, et l’index contacts_pkey d’autre part. À cette occasion, le nœud Index Scan va filtrer les lignes récupérées en comparant à la valeur de ville, et en exclue 11 971. Au final, le parcours de l’index sur contacts renvoie 33 lignes, et non les 346 estimées au départ (valeur dérivée de l’estimation du nombre de lignes où la ville est « Hollywood »). Si l’on regarde les coûts calculés, c’est cette étape qui est la plus lourde (6252).

En haut, on peut lire qu’au total 132 blocs ont été lus hors du cache, et 339 dedans. Ces valeurs varient bien sûr en fonction de l’activité précédente sur la base. Au final, 32 lignes sont retournées, ce qui était attendu.

Le temps écoulé est de 52,0 ms. La majorité de ce temps s’est déroulé pendant le Merge Join (51,7-22,5 = 29 ms), dont l’essentiel est constitué par le parcours de l’index.

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Informations sur la ligne nœud

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EXPLAIN ( ANALYZE )

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)

EXPLAIN (ANALYZE, WAL)

EXPLAIN (ANALYZE, SERIALIZE)

EXPLAIN ( GENERIC_PLAN )

EXPLAIN (SETTINGS)

Autres options

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