PostgreSQL 自动创建分区最佳实践

2022/02/13

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PostgreSQL 自动创建分区最佳实践

引言

分区表是 PostgreSQL 在 10 版本才具有的特性,实际使用中,用户往往需要做到提前创建分区或者按写入的数据实时创建分区。 本文探讨常见的几种自动分区创建方案。

场景

分区表在实际使用中,一般以时间字段作为分区键。这里为了简化问题,我们假设分区字段类型为timestamp,分区方式为List of values.

表结构如下:

CREATE TABLE tab
(
    id   bigint GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
    ts   timestamp NOT NULL,
    data text
) PARTITION BY LIST ((ts::date));

CREATE TABLE tab_def PARTITION OF tab DEFAULT;

分区的创建一般分以下两种场景:

  1. 定时提前创建分区
  2. 按需实时创建分区

方案

定时提前创建分区

定时提前创建分区一般只需要一个定时任务调度工具即可实现,常见的有以下几种:

  1. 使用系统调度器,如 Crontab (Linux, Unix, etc.) 和 Task Scheduler (Windows) ;
  2. 使用数据库内置调度器,如 pg_cron, pg_timetable ;
  3. 使用专门的分区管理插件,如 pg_partman ;

使用系统调度器

以 Linux 操作系统为例,每天下午 14 点创建下一天的分区表;

cat > /tmp/create_part.sh <<EOF
dateStr=\$(date -d '+1 days' +%Y%m%d); 
psql -c "CREATE TABLE tab_\$dateStr (LIKE tab INCLUDING INDEXES); ALTER TABLE tab ATTACH PARTITION tab_\$dateStr FOR VALUES IN ('\$dateStr')";
EOF

(crontab -l 2>/dev/null; echo "0 14 * * * bash /tmp/create_part.sh ") | crontab -

使用数据库内置调度器

pg_cron为例,每天下午 14 点创建下一天的分区表;

CREATE OR REPLACE FUNCTION create_tab_part() RETURNS integer
    LANGUAGE plpgsql AS
$$
DECLARE
    dateStr varchar;
BEGIN
    SELECT to_char(DATE 'tomorrow', 'YYYYMMDD') INTO dateStr;
    EXECUTE
        format('CREATE TABLE tab_%s (LIKE tab INCLUDING INDEXES)', dateStr);
    EXECUTE
        format('ALTER TABLE tab ATTACH PARTITION tab_%s FOR VALUES IN (%L)', dateStr, dateStr);
    RETURN 1;
END;
$$;

CREATE EXTENSION pg_cron;

SELECT cron.schedule('0 14 * * *', $$SELECT create_tab_part();$$);

使用专门的分区管理插件

pg_partman为例,每天提前创建下一天的分区表;

CREATE EXTENSION pg_partman;

SELECT partman.create_parent(p_parent_table => 'public.tab',
                             p_control => 'ts',
                             p_type => 'native',
                             p_interval=> 'daily',
                             p_premake => 1);

按需实时创建分区

有时候,我们需要按数据插入的需要来创建分区,而不是提前预创建。 根据分区是否存在,可以方便地判断该时间区间内有没有数据存在。此时一般采用触发器来实现。

但仍然有两个问题要解决:

  1. 13及以上版本才提供了针对分区表的BEFORE/FOR EACH ROW触发器。
ERROR:  "tab" is a partitioned table
DETAIL:  Partitioned tables cannot have BEFORE / FOR EACH ROW triggers.
  1. 插入数据时,因为锁表的原因,无法修改分区表定义,即无法ATTACH子表。 因此必须有另一个连接来做 ATTACH 的操作,此处我们想到了用LISTEN/NOTIFY机制来通知另一个连接进行分区定义的修改。
ERROR:  cannot CREATE TABLE .. PARTITION OF "tab"
        because it is being used by active queries in this session
or
ERROR:  cannot ALTER TABLE "tab"
        because it is being used by active queries in this session

触发器(实施子表创建和NOTIFY)

CREATE FUNCTION part_trig() RETURNS trigger
    LANGUAGE plpgsql AS
$$
BEGIN
    BEGIN
        /* try to create a table for the new partition */
        EXECUTE
            format('CREATE TABLE %I (LIKE tab INCLUDING INDEXES)', 'tab_' || to_char(NEW.ts, 'YYYYMMDD'));

        /*
         * tell listener to attach the partition
         * (only if a new table was created)
         */
        EXECUTE
            format('NOTIFY tab, %L', to_char(NEW.ts, 'YYYYMMDD'));
    EXCEPTION
        WHEN duplicate_table THEN
            NULL; -- ignore
    END;

    /* insert into the new partition */
    EXECUTE
        format('INSERT INTO %I VALUES ($1.*)', 'tab_' || to_char(NEW.ts, 'YYYYMMDD'))
        USING NEW;

    /* skip insert into the partitioned table */
    RETURN NULL;
END;
$$;

CREATE TRIGGER part_trig
    BEFORE INSERT
    ON TAB
    FOR EACH ROW
    WHEN (pg_trigger_depth() < 1)
EXECUTE FUNCTION part_trig();

代码(实施LISTEN和子表ATTACH)

#! /usr/bin/env python3.9
# encoding:utf8
import asyncio

import psycopg2
from psycopg2.extensions import ISOLATION_LEVEL_AUTOCOMMIT

conn = psycopg2.connect('application_name=listener')
conn.set_isolation_level(ISOLATION_LEVEL_AUTOCOMMIT)
cursor = conn.cursor()
cursor.execute(f'LISTEN tab;')


def attach_partition(table, date):
    with conn.cursor() as cs:
        cs.execute('ALTER TABLE "%s" ATTACH PARTITION "%s_%s" FOR VALUES IN (\'%s\')' % (table, table, date, date))


def handle_notify():
    conn.poll()
    for notify in conn.notifies:
        print(notify.payload)
        attach_partition(notify.channel, notify.payload)
    conn.notifies.clear()


loop = asyncio.get_event_loop()
loop.add_reader(conn, handle_notify)
loop.run_forever()

总结

本文介绍了两种场景下自动创建分区的几种解决方案,各有优劣。

定时提前创建分区场景下的几种解决方案比较简单易懂,但是会依赖系统插件的定时管理机制,在运维、迁移时具有额外管理成本。

按需实时创建分区场景下,能按实际数据规律减少不必要的分区数量,但是也需要较高版本(>=13)额外连接来完成,复杂度比较高。

我们可视自身业务情况,来选择合适的自动创建分区的方式。