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58.2. TOAST

本节对TOAST进行介绍。(超大字段存储技术)

因为PostgreSQL的页面大小是固定的(通常是8Kb), 并且不允许元组跨越多个页面,因此不可能直接存储非常大的字段值。 为了突破这个限制,大的字段值被压缩和/或分割为多个物理行。 这些事情对用户都是透明的,只对多数后端代码有少许影响。 该技术被称之为TOAST(或者"切片面包之后最好的东西"))。

只有一部分数据类型支持TOAST —(没必要在那些不可能生成大的字段值 的数据类型强制添加这种额外开销)。要支持TOAST,数据类型必须有变长 (varlena)表现形式,这个时候,存储的任何数据的头 32 位都存储着以字节计的数据的总长度(包括长度本身)。 TOAST并不影响数据类型其余部分的表现形式。所有支持TOAST数据类型的 C级别函数都必须仔细处理TOAST的输入值。 也就是通常在对一个输入值做任何事情之前调用PG_DETOAST_DATUM; 但是在某些情况下也存在更高效的方法。

TOAST占用变长的长度字的两位(在大端(big-endian)机器上是高位序,在小端(little-endian)机器上是低位序), 因此限制TOAST数据类型任何值的逻辑大小为1 GB(230 - 1字节)。 当两位都是零时,该值是一个普通的非TOAST数据类型的值, 长度字的剩余位给出以字节计的总数据大小(包括长度字)。当最高位或最低位被设置时, 该值仅有一个一字节长度的头而非通常的4字节的头,剩余的位给出以字节计的总数据大小(包括长度字)。 作为一个特殊的情况下,如果剩余位都是零(其将不可能包含自身的长度), 该值为一个指向存储在TOAST表的行外数据。 (TOAST指针的大小在数据的第二个字节给出。) 单字节头的值没有对齐任何特定的边界。最后,当最高或最低位被清除, 其临近位被设置时,数据内容已经被压缩,在使用前必须先行解压。 在这种情况下,长度字剩余位给出的是压缩数据的总大小,而非原始数据的大小。 请注意压缩也可能是行外数据, 但是变长的头不会告诉我们这是否发生—而是由TOAST指针的内容告诉我们的。

如果一个表中有任何一个字段是可以TOAST的, 那么该表将有一个关联的TOAST表,其OID存储在表的pg_class.reltoastrelid字段中, 行外TOAST过的数值保存在TOAST表里,下面有更详细的描述。

这里使用的压缩技术是非常简单并且非常快速的 LZ 族压缩技术。 参阅src/backend/utils/adt/pg_lzcompress.c获取细节。

将行外数据分割成(如果压缩过,在压缩之后)最多TOAST_MAX_CHUNK_SIZE (缺省选择这个值,2000字节,使4块行将适合一内存页,约2000个字节)字节的块, 每个块都作为独立的行在所属表的TOAST表中存储。 每个TOAST表都有chunk_id字段(一个表示特定TOAST值的OID)、 chunk_seq(一个序列号,存储该块在数据中的位置)、chunk_data(该块实际的数据)。 在chunk_idchunk_seq上有一个唯一索引,提供对数据的快速检索。 因此,一个表示行外TOAST值的指针数据需要存储要查阅的TOAST的OID 和特定数据的OID(它的chunk_id)。为方便考虑,指针数据还存储逻辑数据的尺寸 (原始的未压缩的数据长度)以及实际存储的尺寸 (如果使用了压缩,则两者不同)。 加上头部的长度字,一个TOAST指针数据的总大小是18字节, 不管它代表的数值的实际长度是多大。

TOAST代码只有在表中一行存储的数据超过TOAST_TUPLE_THRESHOLD 字节(通常是2KB)时才会触发。 TOAST代码将压缩和/或行外存储字段值, 直到数据少于TOAST_TUPLE_TARGET字节(通常是2KB), 或者无法得到更好的结果时才停止。 在一个UPDATE操作过程中,未改变的字段值通常原样保存; 所以,如果UPDATE一个带有行外数据的行时,如果行外数据没有变化, 那么将不会有TOAST开销存在。

TOAST代码识别四种不同的存储TOAST字段的策略:

每个TOAST的数据类型都为该数据类型所在的字段指定一个缺省策略, 但是特定表的字段的存储策略可以用ALTER TABLE SET STORAGE命令进行修改。

这个方法比那些更直接的方法,比如允许行中的数据直接跨越多个页面, 有更多优点。假设查询通常是用相对比较短的键值进行匹配的, 那么大多数执行器的工作都将使用主行记录完成。TOAST属性的大值, 只是在把结果集发送给客户端的时候才抽出来(如果选择了它的话)。因此, 主表要小得多,并且它的大部分行都存储在共享缓冲区里,因此就可以不需要任何行外存储。 排序集也缩小了,并且排序将更多地完全在内存中完成。一个小测试表明, 一个用于保存HTML页面以及它们的URL的表,包括TOAST表在内, 存储将近一半大小的裸数据,而主表只包含全部数据的10%(URL和一些小的HTML页面)。 与一个没有使用TOAST的表(把全部HTML页面裁剪成7KB以匹配页面大小)进行对比,没有任何运行时的区别。