Dlaczego indeks gin w kolumnie jsonb spowalnia moje zapytanie i co mogę z tym zrobić?

Zainicjuj dane testowe:

CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS pgcrypto;
CREATE TABLE docs (data JSONB NOT NULL DEFAULT '{}');
-- generate 200k documents, ~half with type: "type1" and another half with type: "type2", unique incremented index and random uuid per each row
INSERT INTO docs (data)
SELECT json_build_object('id', gen_random_uuid(), 'type', (CASE WHEN random() > 0.5 THEN 'type1' ELSE 'type2' END) ,'index', n)::JSONB
FROM generate_series(1, 200000) n;
-- inset one more row with explicit uuid to query by it later
INSERT INTO docs (data) VALUES (json_build_object('id', '30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a', 'type', 'type1' ,'index', 200001)::JSONB);

Pierwsze zapytanie - filtruj według danych-> typ i limit:

-- FAST ~19ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
LIMIT 25;
/* "Limit  (cost=0.00..697.12 rows=25 width=90) (actual time=0.029..0.070 rows=25 loops=1)"
   "  ->  Seq Scan on docs  (cost=0.00..5577.00 rows=200 width=90) (actual time=0.028..0.061 rows=25 loops=1)"
   "        Filter: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)"
   "        Rows Removed by Filter: 17"
   "Planning time: 0.069 ms"
   "Execution time: 0.098 ms" 
*/

Drugie zapytanie - filtruj według danych-> typ, uporządkuj według danych-> indeks i limit

-- SLOW ~250ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index' -- added ORDER BY
LIMIT 25;

/* "Limit  (cost=5583.14..5583.21 rows=25 width=90) (actual time=236.750..236.754 rows=25 loops=1)"
   "  ->  Sort  (cost=5583.14..5583.64 rows=200 width=90) (actual time=236.750..236.750 rows=25 loops=1)"
   "        Sort Key: ((data -> 'index'::text))"
   "        Sort Method: top-N heapsort  Memory: 28kB"
   "        ->  Seq Scan on docs  (cost=0.00..5577.50 rows=200 width=90) (actual time=0.020..170.797 rows=100158 loops=1)"
   "              Filter: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)"
   "              Rows Removed by Filter: 99842"
   "Planning time: 0.075 ms"
   "Execution time: 236.785 ms"
*/

Trzecie zapytanie - to samo co drugie (poprzednie), ale z indeksem btree na danych-> indeks:

CREATE INDEX docs_data_index_idx ON docs ((data->'index'));

-- FAST ~19ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index' -- added BTREE index on this field
LIMIT 25;
/* "Limit  (cost=0.42..2473.98 rows=25 width=90) (actual time=0.040..0.125 rows=25 loops=1)"
   "  ->  Index Scan using docs_data_index_idx on docs  (cost=0.42..19788.92 rows=200 width=90) (actual time=0.038..0.119 rows=25 loops=1)"
   "        Filter: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)"
   "        Rows Removed by Filter: 17"
   "Planning time: 0.127 ms"
   "Execution time: 0.159 ms"
*/

Czwarte zapytanie - teraz filtruj według danych-> id i limit = 1:

-- SLOW ~116ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> ('{"id": "30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a"}')::JSONB -- querying by "id" field now
LIMIT 1;
/* "Limit  (cost=0.00..27.89 rows=1 width=90) (actual time=97.990..97.990 rows=1 loops=1)"
   "  ->  Seq Scan on docs  (cost=0.00..5577.00 rows=200 width=90) (actual time=97.989..97.989 rows=1 loops=1)"
   "        Filter: (data @> '{"id": "30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a"}'::jsonb)"
   "        Rows Removed by Filter: 189999"
   "Planning time: 0.064 ms"
   "Execution time: 98.012 ms"
*/ 

Piąte zapytanie - to samo co czwarte, ale z indeksem gin (json_path_ops) na danych:

CREATE INDEX docs_data_idx ON docs USING GIN (data jsonb_path_ops);

-- FAST ~17ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"id": "30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a"}'::JSONB -- added gin index with json_path_ops
LIMIT 1;
/* "Limit  (cost=17.55..20.71 rows=1 width=90) (actual time=0.027..0.027 rows=1 loops=1)"
   "  ->  Bitmap Heap Scan on docs  (cost=17.55..649.91 rows=200 width=90) (actual time=0.026..0.026 rows=1 loops=1)"
   "        Recheck Cond: (data @> '{"id": "30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a"}'::jsonb)"
   "        Heap Blocks: exact=1"
   "        ->  Bitmap Index Scan on docs_data_idx  (cost=0.00..17.50 rows=200 width=0) (actual time=0.016..0.016 rows=1 loops=1)"
   "              Index Cond: (data @> '{"id": "30e84646-c5c5-492d-b7f7-c884d77d1e0a"}'::jsonb)"
   "Planning time: 0.095 ms"
   "Execution time: 0.055 ms"
*/

Szóste (i ostatnie) zapytanie - to samo co trzecie zapytanie (zapytanie według danych-> typ, uporządkowanie według danych-> indeks, limit):

-- SLOW AGAIN! ~224ms
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index'
LIMIT 25;
/* "Limit  (cost=656.06..656.12 rows=25 width=90) (actual time=215.927..215.932 rows=25 loops=1)"
   "  ->  Sort  (cost=656.06..656.56 rows=200 width=90) (actual time=215.925..215.925 rows=25 loops=1)"
   "        Sort Key: ((data -> 'index'::text))"
   "        Sort Method: top-N heapsort  Memory: 28kB"
   "        ->  Bitmap Heap Scan on docs  (cost=17.55..650.41 rows=200 width=90) (actual time=33.134..152.618 rows=100158 loops=1)"
   "              Recheck Cond: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)"
   "              Heap Blocks: exact=3077"
   "              ->  Bitmap Index Scan on docs_data_idx  (cost=0.00..17.50 rows=200 width=0) (actual time=32.468..32.468 rows=100158 loops=1)"
   "                    Index Cond: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)"
   "Planning time: 0.157 ms"
   "Execution time: 215.992 ms"
*/

Wygląda więc na to, że szóste (tak samo jak trzecie) zapytanie jest znacznie wolniejsze, gdy w kolumnie danych znajduje się indeks gin. Prawdopodobnie dlatego, że nie ma wielu odrębnych wartości dla pola data-> type (tylko „type1” lub „type2”)? Co mogę na to poradzić? Potrzebuję indeksu gin, aby uzyskać odpowiedzi na inne zapytania ...

Wygląda na to, że natknąłeś się na problem polegający na tym, że jsonbkolumny mają płaski współczynnik statystyczny 1%, jak podano tutaj. Pracujesz nad brakiem statystyk jsonb? . Patrząc na twoje plany zapytań, różnice między oszacowaniami a faktycznymi wykonaniami są ogromne. Szacunki mówią, że prawdopodobnie jest 200 wierszy, a faktyczny zwrot to 100158 wierszy, co powoduje, że planista faworyzuje niektóre strategie nad innymi.

Ponieważ wydaje się, że wybór w szóstym zapytaniu sprowadza się do faworyzowania skanowania indeksu bitmapowego zamiast skanu indeksu, możesz szturchnąć planistę SET enable_bitmapscan=offi spróbować przywrócić mu zachowanie, jakie miałeś w trzecim przykładzie.

Oto jak to dla mnie działało:

postgres@[local]:5432:postgres:=# EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index'
LIMIT 25;
                                                                QUERY PLAN                                                                 
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Limit  (cost=656.06..656.12 rows=25 width=90) (actual time=117.338..117.343 rows=25 loops=1)
   Buffers: shared hit=3096
   ->  Sort  (cost=656.06..656.56 rows=200 width=90) (actual time=117.336..117.338 rows=25 loops=1)
         Sort Key: ((data -> 'index'::text))
         Sort Method: top-N heapsort  Memory: 28kB
         Buffers: shared hit=3096
         ->  Bitmap Heap Scan on docs  (cost=17.55..650.41 rows=200 width=90) (actual time=12.838..80.584 rows=99973 loops=1)
               Recheck Cond: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)
               Heap Blocks: exact=3077
               Buffers: shared hit=3096
               ->  Bitmap Index Scan on docs_data_idx  (cost=0.00..17.50 rows=200 width=0) (actual time=12.469..12.469 rows=99973 loops=1)
                     Index Cond: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)
                     Buffers: shared hit=19
 Planning time: 0.088 ms
 Execution time: 117.405 ms
(15 rows)

Time: 117.813 ms
postgres@[local]:5432:postgres:=# SET enable_bitmapscan = off;
SET
Time: 0.130 ms
postgres@[local]:5432:postgres:=# EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index'
LIMIT 25;
                                                               QUERY PLAN                                                               
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Limit  (cost=0.42..1320.48 rows=25 width=90) (actual time=0.017..0.050 rows=25 loops=1)
   Buffers: shared hit=4
   ->  Index Scan using docs_data_index_idx on docs  (cost=0.42..10560.94 rows=200 width=90) (actual time=0.015..0.045 rows=25 loops=1)
         Filter: (data @> '{"type": "type1"}'::jsonb)
         Rows Removed by Filter: 27
         Buffers: shared hit=4
 Planning time: 0.083 ms
 Execution time: 0.071 ms
(8 rows)

Time: 0.402 ms
postgres@[local]:5432:postgres:=#

Jeśli chcesz wybrać tę drogę, pamiętaj o wyłączeniu tego skanowania tylko w przypadku zapytań, które pokazują takie zachowanie, w przeciwnym razie wystąpią złe zachowania w przypadku innych planów zapytań. Wykonanie czegoś takiego powinno działać dobrze:

BEGIN;
SET enable_bitmapscan=off;
SELECT * FROM docs
WHERE data @> '{"type": "type1"}'::JSONB
ORDER BY data->'index'
LIMIT 25;
SET enable_bitmapscan=on;
COMMIT;

Mam nadzieję, że to pomaga =)