Почему мой первичный ключ не используется? Как это проверить?

Проверка первичного ключа

Пользователи могут столкнуться с ситуацией, когда запрос выполняется медленнее, чем ожидалось, хотя кажется, что сортировка или фильтрация идут по первичному ключу. В этой статье мы покажем, как убедиться, что ключ действительно используется, а также разберём распространённые причины, по которым этого не происходит.

Создание таблицы

Рассмотрим простую таблицу:

CREATE TABLE logs
(
    `code` LowCardinality(String),
    `timestamp` DateTime64(3)
)
ENGINE = MergeTree
ORDER BY (code, toUnixTimestamp(timestamp))

Обратите внимание, что в качестве второго элемента наш ключ сортировки содержит toUnixTimestamp(timestamp).

Загрузка данных

Заполните эту таблицу 100 млн строками:

INSERT INTO logs SELECT
 ['200', '404', '502', '403'][toInt32(randBinomial(4, 0.1)) + 1] AS code,
    now() + toIntervalMinute(number) AS timestamp
FROM numbers(100000000)

0 rows in set. Elapsed: 15.845 sec. Processed 100.00 million rows, 800.00 MB (6.31 million rows/s., 50.49 MB/s.)

SELECT count()
FROM logs

┌───count()─┐
│ 100000000 │ -- 100.00 миллионов
└───────────┘

1 row in set. Elapsed: 0.002 sec.

Базовая фильтрация

Если отфильтровать по коду, в выводе будет видно количество просканированных строк — 49.15 thousand. Обратите внимание, что это лишь часть от общего числа в 100 млн строк.

SELECT count() AS c
FROM logs
WHERE code = '200'

┌────────c─┐
│ 65607542 │ -- 65.61 миллиона
└──────────┘

1 row in set. Elapsed: 0.021 sec. Processed 49.15 thousand rows, 49.17 KB (2.34 million rows/s., 2.34 MB/s.)
Peak memory usage: 92.70 KiB.

Кроме того, использование индекса можно подтвердить с помощью конструкции EXPLAIN indexes=1:

EXPLAIN indexes = 1
SELECT count() AS c
FROM logs
WHERE code = '200'

┌─explain────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Expression ((Project names + Projection))                          │
│   AggregatingProjection                                            │
│     Expression (Before GROUP BY)                                   │
│       Filter ((WHERE + Change column names to column identifiers)) │
│         ReadFromMergeTree (default.logs)                           │
│         Indexes:                                                   │
│           PrimaryKey                                               │
│             Keys:                                                  │
│               code                                                 │
│             Condition: (code in ['200', '200'])                    │
│             Parts: 3/3 │
│             Granules: 8012/12209 │
│     ReadFromPreparedSource (_minmax_count_projection)              │
└────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Обратите внимание, что количество просканированных гранул 8012 составляет лишь часть от общего числа 12209. Раздел, выделенный ниже, подтверждает, что используется первичный ключ.

PrimaryKey
  Keys: 
   code

Гранулы — это единицы обработки данных в ClickHouse; каждая из них обычно содержит 8192 строк. Подробнее о гранулах и о том, как выполняется их фильтрация, см. в этом руководстве.

Фильтрация по нескольким ключам

Предположим, что мы фильтруем по code и timestamp:

SELECT count()
FROM logs
WHERE (code = '200') AND (timestamp >= '2025-01-01 00:00:00') AND (timestamp <= '2026-01-01 00:00:00')

┌─count()─┐
│  689742 │
└─────────┘

1 row in set. Elapsed: 0.008 sec. Processed 712.70 thousand rows, 6.41 MB (88.92 million rows/s., 799.27 MB/s.)

EXPLAIN indexes = 1
SELECT count()
FROM logs
WHERE (code = '200') AND (timestamp >= '2025-01-01 00:00:00') AND (timestamp <= '2026-01-01 00:00:00')

┌─explain───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Expression ((Project names + Projection))                                                                                                                         │
│   Aggregating                                                                                                                                                     │
│     Expression (Before GROUP BY)                                                                                                                                  │
│       Expression                                                                                                                                                  │
│         ReadFromMergeTree (default.logs)                                                                                                                          │
│         Indexes:                                                                                                                                                  │
│           PrimaryKey                                                                                                                                              │
│             Keys:                                                                                                                                                 │
│               code                                                                                                                                                │
│               toUnixTimestamp(timestamp)                                                                                                                          │
│             Condition: and((toUnixTimestamp(timestamp) in (-Inf, 1767225600]), and((toUnixTimestamp(timestamp) in [1735689600, +Inf)), (code in ['200', '200']))) │
│             Parts: 3/3 │
│             Granules: 87/12209 │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

13 rows in set. Elapsed: 0.002 sec.

В этом случае оба ключа сортировки используются для фильтрации строк, поэтому нужно прочитать лишь 87 гранул.

Использование ключей при сортировке

ClickHouse также может использовать ключи сортировки для эффективной сортировки. В частности,

Если включена настройка optimize_read_in_order (по умолчанию она включена), сервер ClickHouse использует индекс таблицы и читает данные в порядке, заданном ключом ORDER BY. Это позволяет не считывать все данные, если указан LIMIT. Поэтому запросы к большим объемам данных с небольшим LIMIT выполняются быстрее. Подробнее см. здесь и здесь.

Однако для этого используемые ключи должны быть согласованы.

Например, рассмотрим такой запрос:

SELECT *
FROM logs
WHERE (code = '200') AND (timestamp >= '2025-01-01 00:00:00') AND (timestamp <= '2026-01-01 00:00:00')
ORDER BY timestamp ASC
LIMIT 10

┌─code─┬───────────────timestamp─┐
│ 200 │ 2025-01-01 00:00:01.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:00:45.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:01:01.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:01:45.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:02:01.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:03:01.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:03:45.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:04:01.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:05:45.000 │
│ 200 │ 2025-01-01 00:06:01.000 │
└──────┴─────────────────────────

10 rows in set. Elapsed: 0.009 sec. Processed 712.70 thousand rows, 6.41 MB (80.13 million rows/s., 720.27 MB/s.)
Peak memory usage: 125.50 KiB.

Мы можем убедиться с помощью EXPLAIN pipeline, что эта оптимизация здесь не используется:

EXPLAIN PIPELINE
SELECT *
FROM logs
WHERE (code = '200') AND (timestamp >= '2025-01-01 00:00:00') AND (timestamp <= '2026-01-01 00:00:00')
ORDER BY timestamp ASC
LIMIT 10

┌─explain───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ (Expression)                                                                  │
│ ExpressionTransform                                                           │
│   (Limit)                                                                     │
│   Limit │
│     (Sorting)                                                                 │
│     MergingSortedTransform 12 → 1 │
│       MergeSortingTransform × 12 │
│         LimitsCheckingTransform × 12 │
│           PartialSortingTransform × 12 │
│             (Expression)                                                      │
│             ExpressionTransform × 12 │
│               (Expression)                                                    │
│               ExpressionTransform × 12 │
│                 (ReadFromMergeTree)                                           │
│                 MergeTreeSelect(pool: ReadPool, algorithm: Thread) × 12 0 → 1 │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

15 rows in set. Elapsed: 0.004 sec.

Строка MergeTreeSelect(pool: ReadPool, algorithm: Thread) здесь указывает не на использование оптимизации, а на обычное чтение. Это связано с тем, что в качестве ключа сортировки таблицы используется toUnixTimestamp(Timestamp), а НЕ timestamp. Устранение этого несоответствия решает проблему:

EXPLAIN PIPELINE
SELECT *
FROM logs
WHERE (code = '200') AND (timestamp >= '2025-01-01 00:00:00') AND (timestamp <= '2026-01-01 00:00:00')
ORDER BY toUnixTimestamp(timestamp) ASC
LIMIT 10

┌─explain──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ (Expression)                                                                     │
│ ExpressionTransform                                                              │
│   (Limit)                                                                        │
│   Limit │
│     (Sorting)                                                                    │
│     MergingSortedTransform 3 → 1 │
│       BufferChunks × 3 │
│         (Expression)                                                             │
│         ExpressionTransform × 3 │
│           (Expression)                                                           │
│           ExpressionTransform × 3 │
│             (ReadFromMergeTree)                                                  │
│             MergeTreeSelect(pool: ReadPoolInOrder, algorithm: InOrder) × 3 0 → 1 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

13 rows in set. Elapsed: 0.003 sec.