57.1. Базовая структура API для индексов

Каждый индексный метод доступа описывается строкой в системном каталоге pg_am. В записи pg_am указывается имя и функция-обработчик для метода доступа. Эти записи могут создаваться и удаляться командами SQL CREATE ACCESS METHOD и DROP ACCESS METHOD.

Функция-обработчик индексного метода доступа должна объявляться как принимающая один аргумент типа internal и возвращающая псевдотип index_am_handler. Аргумент в данном случае фиктивный, и нужен только для того, чтобы эту функцию нельзя было вызывать непосредственно из команд SQL. Возвращать эта функция должна структуру типа IndexAmRoutine (в памяти palloc), содержащую всё, что нужно знать коду ядра, чтобы использовать этот метод доступа. Структура IndexAmRoutine, также называемая структурой API метода доступа, содержит поля, задающие разнообразные предопределённые свойства метода доступа, например, поддерживает ли он составные индексы. Что более важно, она содержит указатели на опорные функции для метода доступа. Это обычные функции на C и они не видны и не могут быть вызваны на уровне SQL. Опорные функции описаны в Разделе 57.2.

Структура IndexAmRoutine определяется так:

typedef struct IndexAmRoutine
{
    NodeTag     type;

    /*
     * Общее число стратегий (операторов), с которыми возможен поиск/применение
     * этого метода доступа (МД).  Ноль, если у этого МД нет фиксированного набора
     * назначенных стратегий.
     */
    uint16      amstrategies;
    /* общее число опорных функций, используемых этим МД */
    uint16      amsupport;
    /* поддерживает ли МД упорядочивание (ORDER BY) значений индексированного столбца? */
    bool        amcanorder;
    /* поддерживает ли МД упорядочивание (ORDER BY) результата оператора с индексированным столбцом? */
    bool        amcanorderbyop;
    /* поддерживает ли МД сканирование в обратном направлении? */
    bool        amcanbackward;
    /* поддерживает ли МД уникальные индексы (UNIQUE)? */
    bool        amcanunique;
    /* поддерживает ли МД индексы с несколькими столбцами? */
    bool        amcanmulticol;
    /* требуется ли для сканирования с МД ограничение первого столбца индекса? */
    bool        amoptionalkey;
    /* воспринимает ли МД условия ScalarArrayOpExpr? */
    bool        amsearcharray;
    /* воспринимает ли МД условия IS NULL/IS NOT NULL? */
    bool        amsearchnulls;
    /* может ли тип, хранящийся в индексе, отличаться от типа столбца? */
    bool        amstorage;
    /* возможна ли кластеризация по индексу этого типа? */
    bool        amclusterable;
    /* МД обрабатывает предикатные блокировки? */
    bool        ampredlocks;
    /* поддерживает ли МД параллельное сканирование? */
    bool        amcanparallel;
    /* тип данных, хранящихся в индексе, либо InvalidOid, если он переменный */
    Oid         amkeytype;
    /* поддерживает ли МД включённые столбцы, задаваемые в INCLUDE? */
    bool        amcaninclude;

    /* интерфейсные функции */
    ambuild_function ambuild;
    ambuildempty_function ambuildempty;
    aminsert_function aminsert;
    ambulkdelete_function ambulkdelete;
    amvacuumcleanup_function amvacuumcleanup;
    amcanreturn_function amcanreturn;   /* может быть NULL */
    amcostestimate_function amcostestimate;
    amoptions_function amoptions;
    amproperty_function amproperty;     /* может быть NULL */
    amvalidate_function amvalidate;
    ambeginscan_function ambeginscan;
    amrescan_function amrescan;
    amgettuple_function amgettuple;     /* может быть NULL */
    amgetbitmap_function amgetbitmap;   /* может быть NULL */
    amendscan_function amendscan;
    ammarkpos_function ammarkpos;       /* может быть NULL */
    amrestrpos_function amrestrpos;     /* может быть NULL */

    /* интерфейсные функции для поддержки параллельного сканирования по индексу */
    amestimateparallelscan_function amestimateparallelscan;  /* может быть NULL */
    aminitparallelscan_function aminitparallelscan;          /* может быть NULL */
    amparallelrescan_function amparallelrescan;              /* может быть NULL */
} IndexAmRoutine;

Чтобы индексный метод доступа применялся, необходимо также определить семейства операторов и классы операторов в pg_opfamily, pg_opclass, pg_amop и pg_amproc. Эти записи позволяют планировщику понять, для каких видов условий запросов могут применяться индексы с данными методом доступа. Семейства и классы операторов описываются в Разделе 36.14; этот материал необходимо изучить, прежде чем читать данную главу.

Отдельный индекс определяется записью в pg_class, описывающей его как физическое отношение, и записью в pg_index, представляющей логическое содержание индекса — то есть, набор столбцов индекса и семантическое значение этих столбцов, установленное соответствующими классами операторов. Столбцами индекса (значениями ключа) могут быть либо простые столбцы нижележащей таблицы, либо выражения, вычисляемые по строкам таблицы. Для индексного метода доступа обычно не важно, откуда поступают значения ключа индекса (они всегда поступают в вычисленном виде), но очень важна информация о классе операторов в каталоге pg_index. Обе эти записи каталогов представлены в составе структуры данных Relation, которая передаётся всем функциям, реализующим операции с индексом.

С некоторыми полями флагов в IndexAmRoutine связаны неочевидные следствия. Требования индексов с amcanunique описаны в Разделе 57.5. Флаг amcanmulticol показывает, что метод доступа поддерживает составные индексы, а amoptionalkey обозначает, что метод позволяет выполнить сканирование при отсутствии индексируемого ограничивающего условия для первого столбца индекса. Когда amcanmulticol равен false, amoptionalkey по сути говорит, поддерживает ли метод доступа полное сканирование по индексу без ограничивающего условия. Методы доступа, поддерживающие индексы по нескольким столбцам, должны поддерживать сканирования при отсутствии ограничений любых или всех столбцов после первого; однако они могут требовать присутствия какого-либо ограничения для первого столбца индекса, и это требование отмечается значением false флага amoptionalkey. В amoptionalkey для метода доступа может устанавливаться false, например, когда этот метод доступа не индексирует значения. Так как большинство индексируемых операторов — строгие, и поэтому не могут вернуть true для операндов NULL, на первый взгляд кажется заманчивой идея не хранить записи индекса для значений NULL: они всё равно никак не могут быть прочитаны при сканировании индекса. Однако этот аргумент отпадает, когда при сканировании индекса вовсе отсутствует ограничение данного столбца индекса. На практике это означает, что индексы с установленным флагом amoptionalkey должны индексировать значения NULL, так как планировщик может склониться к использованию этого индекса вообще без ключей. С этим связано ещё одно ограничение — индексный метод доступа, поддерживающий составные индексы, должен поддерживать индексирование значений NULL в столбцах после первого, так как планировщик будет полагать, что индекс можно применять для запросов, в которых эти столбцы не ограничиваются. Например, рассмотрим индекс по (a,b) и запрос с ограничением WHERE a = 4. Система будет полагать, что по этому индексу можно просканировать строки с a = 4, но это будет неверно, если индекс исключит строки, в которых b — NULL. Однако, этот индекс вполне может исключить строки, в которых первый столбец содержит NULL. Метод индекса, который индексирует значения NULL, может также установить флаг amsearchnulls, отметив тем самым, что он поддерживает в качестве условий поиска IS NULL и IS NOT NULL.