国人提交PG 19“JOIN+聚合场景”优化补丁

PostgreSQL 19 preview - 国人提交“JOIN+聚合场景”优化补丁

前几天读到一篇关于"先groupby再JOIN"的数据库论文:

• 《AI论文解读 | Accelerating Queries With Groupby And Join By Group Join》

没想到今天在PG社区就看到类似场景的优化补丁了: Implement Eager Aggregation

这个PATCH 由 Antonin Houska 在 2017 年提出原型. 2025 Richard Guo(郭峰@OpenPie) 重构并重写了大部分代码，解决了正确性、性能和集成问题。经过多轮社区评审（Robert Haas、Tom Lane 等核心开发者参与），最终合并。

https://git.postgresql.org/gitweb/?p=postgresql.git;a=commit;h=8e11859102f947e6145acdd809e5cdcdfbe90fa5

下面来看一下这个patch的详细解读 :

这个 PostgreSQL 补丁 “Implement Eager Aggregation”（实现“急切聚合”）由 Richard Guo 提交，是对查询优化器的一项重要增强。它引入了一种称为 Eager Aggregation（急切聚合） 的优化技术，旨在通过在连接（JOIN）之前提前执行部分聚合，减少中间数据量，从而提升查询性能。

下面从多个维度详细讲解该补丁的核心思想、实现机制、限制条件和意义。

一、什么是 Eager Aggregation？

Eager Aggregation 是一种查询优化策略：

在执行 JOIN 之前，尽可能早地对某个表或子查询进行部分聚合（partial aggregation），然后再参与后续的连接操作，最终在顶层完成完整的聚合。

举个例子：

原始查询：

SELECT a.x, SUM(b.y)  
FROM a  
JOIN b ON a.id = b.a_id  
GROUPBY a.x;  

传统执行计划：

1. 先对 a 和 b 做完整连接（可能产生大量中间行）；
2. 再按 a.x 分组并聚合 SUM(b.y)。

启用 Eager Aggregation 后的优化计划：

1. 先对 b 按 b.a_id 做部分聚合（例如 SUM(b.y) GROUP BY b.a_id）；
2. 再将聚合后的 b 与 a 连接；
3. 最后按 a.x 做最终聚合（可能只需重分组，无需再处理大量原始行）。

效果：如果 b 中每个 a_id 对应大量行，提前聚合可显著减少连接输入规模。

二、为什么需要这个优化？

PostgreSQL 原有的优化器架构存在一个结构性限制：

扫描/连接规划阶段（scan/join planning）与聚合阶段是分离的。
聚合信息（如 GROUP BY、HAVING、聚合函数）在构建连接树时不可见，因此无法在连接前考虑是否可以提前聚合。

这导致优化器错失了通过提前聚合减少中间数据量的机会。

Eager Aggregation 通过在规划早期收集聚合上下文，并在连接规划阶段动态生成“已分组的关系（grouped relation）”，打破了这一限制。

三、关键技术实现

1. 聚合信息提前收集

• 在 PlannerInfo 中记录：
• 聚合函数（来自 SELECT 和 HAVING）
• GROUP BY 表达式
• 分组键（grouping keys）

这些信息在后续的连接规划中用于判断是否可应用 Eager Aggregation。

2. 引入“Grouped Relation”概念

• 对于某个基表或连接结果，如果满足条件，会创建一个新的 RelOptInfo，称为 grouped relation。
• 它代表“已经按某些键部分聚合过”的版本。
• 为这个 grouped relation 生成新的执行路径（paths）：
• Sorted Partial Aggregation Path（排序后聚合）
• Hashed Partial Aggregation Path（哈希聚合）

为控制规划开销，只对最便宜的或已排序的非分组路径生成分组路径。

3. 分组路径的生成方式

• 方式一：对单个基表/子查询直接做部分聚合。
• 方式二：将一个 grouped relation 与一个 non-grouped relation 进行连接（产生新的 grouped relation）。
• 不支持：两个 grouped relations 之间的连接（当前版本限制）。

4. 确保正确性的关键：扩展分组键

当对某个表做部分聚合时，必须将该表中用于后续 JOIN 的所有列加入分组键。

例如：

... FROM a JOIN b ON a.id = b.a_id AND a.status = b.status ...  

若对 b 做部分聚合，则分组键必须包含 b.a_id 和 b.status，否则：

• 同一组内的多行可能在连接时匹配到不同的 a 行；
• 导致聚合结果错误（“destiny” 不一致）。

补丁通过分析上层 JOIN 条件，自动将相关列加入 partial GROUP BY。

5. 限制：不能用于 OUTER JOIN 的 nullable 侧

• 如果某表在 LEFT/RIGHT/FULL OUTER JOIN 的 nullable 一侧（如 LEFT JOIN 的右表），不能对其做 Eager Aggregation。
• 原因：OUTER JOIN 会生成 NULL 扩展行，这些行在顶层聚合时会影响结果（如 COUNT(*) 会包含 NULL 行）。
• 若提前聚合，这些 NULL 行尚未生成，会导致结果错误。

四、规划策略与性能权衡

• 保守策略：只在“能显著减少行数”的最低层级应用 Eager Aggregation。
• 避免生成过多备选路径，控制规划时间。
• 确保同一 grouped relation 的所有路径产生相同的结果集（满足优化器假设）。
• 最终，顶层的 grouped relation 会生成 finalized paths，与传统路径一起参与 cost 比较，选择最优计划。

五、历史背景与贡献

• 最初由 Antonin Houska 在 2017 年提出原型。
• Richard Guo 重构并重写了大部分代码，解决了正确性、性能和集成问题。
• 经过多轮社区评审（Robert Haas、Tom Lane 等核心开发者参与），最终合并。

六、意义与影响

✅ 性能提升：对“大表连接后聚合”的场景（如星型模型、OLAP 查询）有显著加速。
✅ 架构改进：打破 scan/join 与 aggregation 的隔离，为未来更多聚合感知优化铺路。
⚠️ 谨慎启用：通过 cost 模型自动决策，无需用户干预，保证安全性和通用性。

总结

这项补丁代表了 PostgreSQL 优化器向更智能、更上下文感知方向迈出的重要一步，尤其利好数据分析类负载。