版本

  • MySQL 8.0.14

准备

在 MySQL 8.0.14 版本 InnoDB 引擎发布了一个新的特性 Parallel read of index (并行索引读取), 主要用于并行的读取索引数据, 目前仅仅支持 SELECT COUNT() 和 CHECK TABLE 操作, InnoDB 后续对于其他操作还会有更多的优化支持. 通过这个并行索引读取框架, InnoDB 可以支持同步、异步的并发读取索引数据, 异步的读取索引数据可以用来实现逻辑预读操作. 在此之前的预读逻辑, InnoDB 只有线性预读和随机预读这两种物理预读处理方法, 而对于 B+ tree 这种树形结构显然逻辑预读才更合适.

并行索引读取

参数

  • innodb_parallel_read_threads: 当前并行读取的 worker 线程数量.

innodb_parallel_read_threads是 session 级别的变量, 假如需要打开并行扫描框架即:

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set local innodb_parallel_read_threads=4;

select count(*) from sbtest.table;

设计思想

Parallel read of index 主要利用当前的多核硬件优势, 针对当前可以并行读取的逻辑例如 SELECT COUNT() 或者 CHECK TABLE, 其主要逻辑是收集数据叶子节点的 Page Number, 使用多个 worker 并行读取数据 Page, 利用不同的回调函数来处理获取后的 rows. 目前 SELET COUNT() 和 CHECK TABLE 都是同步读取, 但 InnoDB 依然提供了接口处理对应的异步读取, 后续会针对需要异步读取的场景提供更多的优化路径.

实现

row_scan_index_for_mysql()

row_scan_index_for_mysql() 作为 SELECT COUNT() 和 CHECK TABLE 的入口函数:

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 /* 扫描索引数据 */
----------------------------
| row_scan_index_for_mysql() |
----------------------------
|
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| /* SELECT COUNT() */
| ------------------------------
--> | parallel_select_count_star() |
| ------------------------------
|
|
| /* CHECK TABLE */
| ------------------------
--> | parallel_check_table() |
------------------------

基本数据结构

  • Parallel_reader::Scan_range: 代表当前并行扫描的范围.

  • Parallel_reader::Config 并行扫描的 configuration.

  • Parallel_reader::Scan_ctx 并行扫描的上下文 (context).

  • Parallel_reader::Ctx 并行读取的执行上下文 (Parallel reader execution context)

  • Parallel_reader 并行扫描 reader

SELECT COUNT()

我们以全表扫描 SELECT COUNT() 为例, 根据源码分析 Parallel Read 的原理:

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/* SELECT COUNT() 的入口函数 */

static dberr_t parallel_select_count_star(Key_reader &reader, ulint *n_rows) {
Counter::Shards n_recs;

Counter::clear(n_recs);

const buf_block_t *prev_block = nullptr;

dberr_t err =
reader.read([&](size_t id, const buf_block_t *block, const rec_t *rec,
dict_index_t *index, row_prebuilt_t *prebuilt) {
Counter::inc(n_recs, id);

/* Only check the THD state for the first thread. */
if (id == 0 && block != prev_block) {
prev_block = block;
if (trx_is_interrupted(reader.trx())) {
return (DB_INTERRUPTED);
}
}

return (DB_SUCCESS);
});

/* 统计计数 */
*n_rows = Counter::total(n_recs);

return (err);
}

Key_reader 使用 partition() 将 B+ tree 分片, 分配各个 worker 线程, InnoDB 的 B+ 树将数据存放在所有的叶子节点, 即叶子节点为 level 0, 分配策略是从 root 节点遍历, 使用 left_leaf() 从左边由上至下直到 level N 层的节点数量大于等于 worker 线程数量:

parallel_reader

Key_reader 会在指定 level 的 sub-tree 的 “root page” 中分别选择第一个 record, 从而找到其在 leaf level 层的 Page No, 新建 scan context 交由 worker 线程.

并行读取流程

启动 worker 线程, worker 线程也就是真正的读取线程,对一个切好的 sub-tree 做 scan, worker 线程分别根据被分配的 leaf page cursor 进行顺序读取.

并行读取线程会根据创建的读取对应叶子节点的 record, 并且会根据 trx->read_view 来判断可见性.

总结

我们通过 SELECT COUNT() 分析了 InnoDB 实现的 Parallel Read 框架,虽然目前仅支持 CHECK TABLE 和 SELECT COUNT(), 但整个框架支持了足够多的接口,后续应该会支持更多的场景. 例如目前 CHECK TABLE 和 SELECT COUNT() 都是同步的并行读取, 使用 Parallel Read 框架可以考虑针对 SELECT * 的全表扫描可以优化为异步的逻辑预读.