SQLキャッシュ

説明

SQL CacheはDorisが提供するクエリ最適化メカニズムで、クエリのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。クエリ結果をキャッシュすることで冗長な計算を削減し、データの更新頻度が低いシナリオに適しています。

SQL Cacheは以下の主要な要因に基づいてキャッシュを保存・取得します：

• SQLテキスト

• Viewの定義

• テーブルおよびパーティションのバージョン

• ユーザー変数と結果値

• 非決定的関数と結果値

• Row Policyの定義

• Data Maskingの定義

これらの要因の組み合わせがキャッシュされたデータセットを一意に決定します。SQLの変更、異なるクエリフィールドや条件、データ更新後のバージョン変更など、これらの要因のいずれかが変更されると、キャッシュはヒットしません。

複数テーブルの結合を含むクエリでは、テーブルの1つが更新されると、パーティションIDまたはバージョン番号が異なり、キャッシュミスが発生します。

SQL CacheはT+1更新シナリオに非常に適しています。データは早朝に更新され、最初のクエリがBackend (BE)から結果を取得してキャッシュに保存し、その後の同様のクエリはキャッシュから直接結果を取得します。リアルタイムデータ更新でもSQL Cacheを使用できますが、キャッシュヒット率が低下する可能性があります。

現在、SQL Cacheは内部のOlapTablesと外部のHiveテーブルの両方をサポートしています。

使用上の制限

非決定的関数

1. 非決定的関数とは、計算結果が入力パラメータと固定的な関係を形成しない関数を指します。

2. 一般的な関数select now()を例に取ると、これは現在の日時を返します。この関数は異なる時刻に実行されると異なる結果を返すため、その戻り値は動的に変化します。now関数は秒レベルで時刻を返すため、前の秒のSQL Cacheは同じ秒内で再利用できますが、次の秒には新しいSQL Cacheを作成する必要があります。

3. キャッシュ利用を最適化するため、このような細かい粒度の時間を粗い粒度の時間に変換することを推奨します。例えば、select * from tbl where dt=date(now())を使用します。この場合、同じ日内のクエリはSQL Cacheを活用できます。

4. 対照的に、random()関数は実行される度に結果が変わるため、キャッシュの利用が困難です。したがって、クエリではこのような非決定的関数の使用をできるだけ避けるべきです。

原理

BEの原理

ほとんどの場合、SQL Cacheの結果は一貫性ハッシュ法を通じてBEを選択し、そのBEのメモリに保存されます。これらの結果はHashMap構造で保存されます。キャッシュの読み書き要求が到着すると、システムはSQL文字列などのメタデータ情報のダイジェストをキーとして使用し、HashMapから結果データを迅速に取得・操作します。

FEの原理

Frontend (FE)がクエリ要求を受信すると、まずSQL文字列を使用してメモリ内を検索し、同じクエリが以前に実行されたかを判断し、そのクエリのメタデータ情報の取得を試みます。この情報には、クエリに関与するテーブルとパーティションのバージョンが含まれます。

これらのメタデータが変更されていない場合、対応するテーブル内のデータが変更されていないことを示し、以前のSQL Cacheの再利用が可能です。この場合、FEはSQL解析と最適化プロセスをスキップし、一貫性ハッシュアルゴリズムに基づいて対応するBEを直接特定し、そこからクエリ結果の取得を試みます。

• 対象のBEにクエリのキャッシュされた結果が含まれている場合、FEは迅速に結果をクライアントに返すことができます。

• 逆に、BEで対応する結果キャッシュが見つからない場合、FEは完全なSQL解析と最適化プロセスを実行し、その後クエリプランをBEに送信して計算と処理を行う必要があります。

BEが計算結果をFEに返すとき、FEはこれらの結果を対応するBEに保存し、このクエリのメタデータ情報をメモリに記録する責任があります。これにより、その後同じクエリを受信したとき、FEはBEから直接結果を取得でき、クエリ効率が向上します。

さらに、SQL最適化段階でクエリ結果が0行または1行のデータのみを含むと判断された場合、FEはこれらの結果をメモリに保存することを選択し、将来の同一クエリにより迅速に応答します。

はじめに

SQL Cacheの有効化と無効化

-- Enable SQL Cache for the current session, default is disabled  
set enable_sql_cache=true;  
-- Disable SQL Cache for the current session  
set enable_sql_cache=false;  
  
-- Globally enable SQL Cache, default is disabled  
set global enable_sql_cache=true;  
-- Globally disable SQL Cache  
set global enable_sql_cache=false;

SQL Cacheにクエリがヒットしているかの確認

Dorisバージョン2.1.3以降では、ユーザーはexplain plan文を実行して、現在のクエリがSQL Cacheに正常にヒットしているかを確認できます。

例に示されているように、クエリプランツリーにLogicalSqlCacheまたはPhysicalSqlCacheノードが含まれている場合、そのクエリがSQL Cacheにヒットしていることを示します。

> explain plan select * from t2;  
  
+------------------------------------------------------------------------------------------------------------+  
| Explain String (Nereids Planner)                                                                           |  
+------------------------------------------------------------------------------------------------------------+  
| ========== PARSED PLAN (time: 28ms) ==========                                                             |  
| LogicalSqlCache[1] ( queryId=711dea740e4746e6-8bc11afe08f6542c )                                           |  
| +--PhysicalResultSink[39] ( outputExprs=[id#0, name#1] )                                                   |  
|    +--PhysicalOlapScan[t2]@0 ( stats=12 )                                                                  |  
|                                                                                                            |  
| ========== ANALYZED PLAN ==========                                                                        |  
| LogicalSqlCache[1] ( queryId=711dea740e4746e6-8bc11afe08f6542c )                                           |  
| +--PhysicalResultSink[39] ( outputExprs=[id#0, name#1] )                                                   |  
|    +--PhysicalOlapScan[t2]@0 ( stats=12 )                                                                  |  
|                                                                                                            |  
| ========== REWRITTEN PLAN ==========                                                                       |  
| LogicalSqlCache[1] ( queryId=711dea740e4746e6-8bc11afe08f6542c )                                           |  
| +--PhysicalResultSink[39] ( outputExprs=[id#0, name#1] )                                                   |  
|    +--PhysicalOlapScan[t2]@0 ( stats=12 )                                                                  |  
|                                                                                                            |  
| ========== OPTIMIZED PLAN ==========                                                                       |  
| PhysicalSqlCache[3] ( queryId=711dea740e4746e6-8bc11afe08f6542c, backend=192.168.126.3:9051, rowCount=12 ) |  
| +--PhysicalResultSink[39] ( outputExprs=[id#0, name#1] )                                                   |  
|    +--PhysicalOlapScan[t2]@0 ( stats=12 )                                                                  |  
+------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

Doris 2.1.3より前のバージョンでは、ユーザーはクエリがSQL Cacheにヒットしたかどうかを確認するためにProfile情報を確認する必要があります。Profile情報において、Is Cached:フィールドがYesと表示されている場合、クエリがSQL Cacheに正常にヒットしたことを示しています。

Execution  Summary:
      -  Parse  SQL  Time:  18ms
      -  Nereids  Analysis  Time:  N/A
      -  Nereids  Rewrite  Time:  N/A
      -  Nereids  Optimize  Time:  N/A
      -  Nereids  Translate  Time:  N/A
      -  Workload  Group:  normal
      -  Analysis  Time:  N/A
      -  Wait  and  Fetch  Result  Time:  N/A
      -  Fetch  Result  Time:  0ms
      -  Write  Result  Time:  0ms
      -  Doris  Version:  915138e801
      -  Is  Nereids:  Yes
      -  Is  Cached:  Yes
      -  Total  Instances  Num:  0
      -  Instances  Num  Per  BE:  
      -  Parallel  Fragment  Exec  Instance  Num:  1
      -  Trace  ID:  
      -  Transaction  Commit  Time:  N/A
      -  Nereids  Distribute  Time:  N/A

両方の方法は、ユーザーがクエリがSQL Cacheを利用しているかどうかを確認するための効果的な手段を提供し、ユーザーがクエリのパフォーマンスをより適切に評価し、クエリ戦略を最適化するのに役立ちます。

Metrics and Monitor

1. FEのHTTPインターフェース http://${FE_IP}:${FE_HTTP_PORT}/metrics は2つの関連するメトリクスを返します： この指標はヒット数をカウントし、増加のみで減少することはありません。FEが再起動されると、カウントは0から始まります。

# Represents that 1 SQL has been written to the cache  
doris_fe_cache_added{type="sql"} 1  
  
# Represents that the SQL Cache has been hit twice  
doris_fe_cache_hit{type="sql"} 2

2. BE上のHTTPインターフェース http://${BE_IP}:${BE_HTTP_PORT}/metrics は関連情報を返します: 異なるキャッシュが異なるBEに保存される可能性があるため、完全な情報を取得するには全てのBEからメトリクスを収集する必要があります。

# Represents that there are 1205 caches in the memory of the current BE  
doris_be_query_cache_sql_total_count 1205  
  
# The current total memory occupied by all caches in the BE is 44k  
doris_be_query_cache_memory_total_byte 44101

Memory Control

FE Memory Control

FEでは、Cacheのメタデータ情報は弱参照に設定されています。FEメモリが不足している場合、システムは最も使用頻度の低いCacheメタデータを自動的に解放します。さらに、ユーザーは以下のSQL文を実行することでFEメモリ使用量をさらに制限できます。この設定はリアルタイムで有効になり、各FEに対して設定する必要があります。永続的な設定については、fe.confファイルに保存する必要があります。

-- Store up to 100 Cache metadata items, automatically releasing the least recently used ones when exceeded. The default value is 100.  
ADMIN SET FRONTEND CONFIG ('sql_cache_manage_num'='100');  
  
-- Automatically release Cache metadata after 300 seconds of inactivity. The default value is 300.  
ADMIN SET FRONTEND CONFIG ('expire_sql_cache_in_fe_second'='300');

BE Memory Control

be.confファイル内の以下の設定を変更し、BE再起動後に変更が有効になります：

-- When the Cache memory exceeds query_cache_max_size_mb + query_cache_elasticity_size_mb,  
-- release the least recently used Cache until the memory usage is below query_cache_max_size_mb.  
query_cache_max_size_mb = 256  
query_cache_elasticity_size_mb = 128

さらに、結果の行数やサイズが特定の閾値を超える場合にSQL Cacheの作成を回避するための設定をFEで行うことができます：

-- By default, do not create SQL Cache for results exceeding 3000 rows.  
ADMIN SET FRONTEND CONFIG ('cache_result_max_row_count'='3000');  
  
-- By default, do not create SQL Cache for results exceeding 30MB.  
ADMIN SET FRONTEND CONFIG ('cache_result_max_data_size'='31457280');

Cache Miss のトラブルシューティング

キャッシュ無効化の理由は通常以下を含みます：

1. テーブル/ビューの構造変更（drop table、replace table、alter table、または alter view の実行など）。

2. テーブルデータの変更（insert、delete、update、または truncate の実行など）。

3. ユーザー権限の削除（revoke の実行など）。

4. 評価値が変化する非決定的関数の使用（select random() の実行など）。

5. 値が変化する変数の使用（select * from tbl where dt = @dt_var の実行など）。

6. Row Policy または Data Masking の変更（特定のテーブルデータをユーザーから見えないように設定するなど）。

7. 結果行数が FE で設定された cache_result_max_row_count を超過（デフォルト値は3000行）。

8. 結果サイズが FE で設定された cache_result_max_data_size を超過（デフォルト値は30MB）。