查询结果缓存
- RFC PR: datafuselabs/databend#10014
- 跟踪问题: datafuselabs/databend#10011
概述
支持查询结果缓存以加快查询响应。
动机
对于一些数据不经常变化且代价高昂的查询，我们可以缓存结果以加快查询响应。对于相同查询和相同底层数据，我们可以直接返回缓存结果，从而大大提高查询效率。
例如，如果我们想每隔 10 秒执行以下查询以获取销量前 5 的产品：
SELECT product, count(product) AS sales_count
FROM sales_log
GROUP BY product
ORDER BY sales_count DESC
LIMIT 5;
如果每次都执行完整的查询管道，成本可能会非常高，但结果非常小（5 行）。由于sales_log的数据可能不会经常变化，我们可以缓存查询结果，并在相同查询时直接返回缓存结果。
详细设计
查询结果缓存的生存周期
每个结果缓存都有一个生存时间（TTL）。每次访问结果缓存都会刷新 TTL。当 TTL 过期时，结果缓存将不再使用。
除了 TTL，当底层数据发生变化时（我们可以通过快照 ID、段 ID 或分区位置推断），结果缓存也会失效。
结果缓存存储
Databend 使用键值对记录查询结果缓存。对于每个查询，Databend 将构建一个键来表示查询，并在值中存储相关信息。
Databend 不会直接将查询结果存储在键值存储中。相反，Databend 仅在值中存储结果缓存文件的位置。实际的结果缓存将存储在存储层（本地文件系统、S3 等）。
键
查询结果缓存由其抽象语法树（AST）索引。Databend 将 AST 序列化为字符串并将其哈希作为键。
键的生成如下：
let ast_str = ast.to_string();
let key = format!("_cache/{}/{}", tenant, hash(ast_str.as_bytes()));
值结构
查询结果缓存值的结构如下：
pub struct ResultCacheValue {
/// 查询SQL。
pub sql: String,
/// 查询时间。
pub query_time: DateTime<Utc>,
/// 此查询的生存时间。
pub ttl: usize,
/// 结果缓存的大小（字节）。
pub result_size: usize,
/// 结果缓存文件的位置。
pub location: String,
// 可能还有其他信息
// ...
}
键值存储
databend-meta具有存储和查询键值对的能力。Databend 使用它来存储查询结果缓存键值对。
垃圾回收
如果启用了查询结果缓存，Databend 将缓存每个查询结果。如果结果缓存过期，将不再使用该缓存。为了节省磁盘或对象存储空间，Databend 需要一个守护线程定期扫描所有查询缓存并删除过期的缓存。
相关配置
enable_query_result_cache：是否启用查询结果缓存（默认：false）。query_result_cache_max_bytes：单个查询结果缓存的最大大小（默认：1048576 字节，1MB）。query_result_cache_ttl_secs：结果缓存的生存时间（默认：300 秒）。
写入结果缓存
TransformWriteResultCache 用于处理查询结果缓存写入：
pub struct TransformWriteResultCache {
ctx: Arc<QueryContext>,
cache_key: String,
cache_writer: ResultCacheWriter,
}
在构建查询管道时，Databend 将在管道末尾添加TransformWriteResultCache：
impl Interpreter for SelectInterpreterV2 {
async fn execute2(&self) -> Result<PipelineBuildResult> {
let build_res = self.build_pipeline().await?;
if self.ctx.get_settings().get_query_result_cache().enable_query_result_cache {
build_res.main_pipeline.add_transform(TransformWriteResultCache::try_create)?;
}
Ok(build_res)
}
}
TransformWriteResultCache的处理过程如下：
- 如果上游完成，使用
cache_writer生成并写入结果到缓存文件。转到 6。 - 从输入端口读取一个
DataBlock。 - 如果
cache_writer已满（达到query_result_cache_max_bytes），转到 5（不写入缓存）。 - 将
DataBlock推入cache_writer。 - 将
DataBlock输出到输出端口。转到 1。 - 完成。
读取结果缓存
在构建选择解释器之前，Databend 将检查查询结果缓存是否可用。
Databend 将首先通过databend-meta中的缓存键（AST）验证ResultCacheValue。如果结果缓存可用且有效，Databend 将从结果缓存文件中获取查询结果 ；否则，Databend 将继续构建并执行原始查询管道。
系统表 system.query_cache
系统表system.query.cache用于查找查询结果缓存信息。
该表包含以下信息：
sql：缓存的 SQL。query_time：上次查询时间。expired_time：结果缓存的过期时间。result_size：结果缓存的大小（字节）。location：结果缓存文件的位置。
表函数 RESULT_SCAN
RESULT_SCAN是一个有用的表函数，用于检索先前查询的结果集。
它可以这样使用：
select * from RESULT_SCAN('<query_id>');
select * from RESULT_SCAN(LAST_QUERY_ID());
如果先前的查询结果被缓存，我们可以从查询结果缓存中快速获取结果集。
非确定性函数
一些函数是非确定性的，例如now()、rand()、uuid()等。如果在查询中使用了这些函数，结果将不会被缓存。
