专栏 - TiDB Coprocessor 学习笔记

一. Coprocessor 简介

在 TiDB整体架构中，数据是存在 TiKV 里的，当 TiDB 在收到一个来自客户端的查询请求时，会向 TiKV 获取具体的数据信息。

那么一个读请求的流程如下：

这种流程模式下主要有两个问题：

TiDB 负责计算所有数据，导致 CPU 负载很大，而 TiKV 负载不大；
TiKV 会返回所有数据，网络开销大；
数据传输会先序列化，计算前再做反序列化，数据量大的场景下资源消耗大；

为了优化以上的问题，可以让 TiKV 去承担计算任务，处理完成后再返回给 TiDB。

Coprocessor 就是 TiKV 中读取数据并计算的模块，它的实现类似于 HBase 中的 Coprocessor 的 Endpoint 部分，也可以类比 MySQL 的存储过程。

二. 语句处理

看下读请求是如何下发到 TiKV 的：

TiDB 收到查询语句，对语句进行分析，计算出物理执行计划，组织称 TiKV 的 Coprocessor 请求。
TiDB 将该 Coprocessor 请求根据数据的分布，分发到所有相关的 TiKV 上。
TiKV 在收到该 Coprocessor 请求后，根据请求算子对数据进行过滤聚合，然后返回给 TiDB。
TiDB 在收到所有数据的返回结果后，进行二次聚合，并将最终结果计算出来，返回给客户端。

1. 火山模型

一条读请求，使用 Table Scan 算子，需要扫出所有行的需求列，性能不高。3.0 之前使用的是火山模型去让请求只需要扫几行。

SELECT * FROM table WHERE age > 10 limit 1

Limit

每次都从下层算子取一行，至多取 LIMIT 行，返回给上层

Selection

不断从下层算子取一行，按照 age > 10 为过滤条件，知道有一条满足条件了返回给上层

Table Scan

扫下一行的 age 列返回给上层

优缺点

优点：
- 扫的数最少，内存开销少
缺点：
- 每次只能处理一行数据，非扫表的算子性能比较低

2. 向量化模型（3.0之后）

算子之间每次都接受多行、处理多行、返回多行；
函数表达式按列计算
聚合表达式按列计算

所谓的向量化，就是在 Executor 间传递的不再是单单的一行，而是多行，比如 TableScan 在底层 MVCC Snapshot 中扫上来的不再是一行，而是说多行。在算子执行计算任务的时候，计算的单元也不再是一个标量，而是一个向量。举个例子，当遇到一个表达式：a + b 的时候，我们不是计算一行里边 a 列和 b 列两个标量相加的结果，而是计算 a 列和 b 列两列相加的结果。

TableScan

根据指定主键范围扫表数据，并过滤出一部分列返回。它只会作为最底层算子出现，从底层 KV 获取数据。

select col from t

IndexScan

根据指定索引返回扫索引数据，并过滤出一部分索引列返回。它只会作为最底层算子出现，从底层 KV 获取数据。

select index from t

Selection

对底层算子的结果按照过滤条件进行过滤，其中这些条件由多个表达式组成。

select col from t where a+b=10

Limit

从底层算子吐出的数据中，限定返回若干行。

select col from t limit 10

TopN

按照给定表达式进行排序后，取出前若干行数据。

select col from t order by a+1 limit 10

Aggregation

按照给定表达式进行分组、聚合。

select count(1) from t group by score + 1

混用算子

select count(1) from t where age>10

三. Coprocessor 部分知识点

Coprocessor 只能加速查询类请求，不能用于支撑写入的需求。也就是说 TiKV 是必须要的，不能只使用 Coprocessor 接口；
TiDB 上几乎的查询请求都是通过 Coprocessor 完成的。对于极少数的场景，比如点查，TiDB 会直接调用点查接口（Kv get），避免走到 Coprocessor 庞大的框架下执行，从而提升了性能；
除了 select 其他 DML 操作也可以走 Coprocessor；
TiKV 只能算出中间结果，需要 TiDB 去做汇集并计算最终结果。比如排序取前10的需求，需要每个 TiKV 取前10，然后 TiDB 去汇总再排序，才能取到需要的值；
TiKV 的算子执行逻辑和 TiDB 的逻辑是不一样的。比如请求是 AVG()，TiKV 返回的是 sum 或者 count，AVG() 是在 TiDB 里实现的；