Cloud Spanner 查询的生命周期

客户

Cloud Spanner 支持 SQL 查询。以下为一个示例查询:

SELECT s.SingerId, s.FirstName, s.LastName, s.SingerInfo
FROM Singers AS s
WHERE s.FirstName = @firstName;

结构 @firstName 是对查询参数的引用。您可以在任何可以使用字面量值的地方使用查询参数。强烈建议您在程序化 API 中使用参数。使用查询参数有助于避免 SQL 注入攻击,且生成的查询更有可能从各种服务器端缓存中受益。请参阅下文中的缓存

在执行查询时,查询参数必须绑定一个值。例如:

Statement statement =
    Statement.newBuilder("SELECT s.SingerId...").bind("firstName").to("Jimi").build();
try (ResultSet resultSet = dbClient.singleUse().executeQuery(statement)) {
 while (resultSet.next()) {
 ...
 }
}

Cloud Spanner 收到 API 调用后,会分析查询和绑定参数以确定应由哪个 Cloud Spanner 服务器节点处理查询。服务器将返回 ResultSet.next() 调用所使用的结果行流。

查询执行

查询执行从某个 Cloud Spanner 服务器收到“执行查询”请求开始。服务器会执行以下步骤:

  • 验证请求
  • 解析查询文本
  • 生成初始查询代数
  • 生成优化查询代数
  • 生成可执行的查询计划
  • 执行计划(检查权限、读取数据、对结果进行编码等)

查询执行流程图,显示客户端、根服务器和叶服务器

解析

SQL 解析器分析查询文本并将其转化为抽象语法树。它会提取基本的查询结构 (SELECT … FROM … WHERE …) 并执行语法检查。

代数

Cloud Spanner 的类型系统可以表示标量、数组、结构等。查询代数可为表扫描、过滤、排序/分组,以及各种联接、聚合等操作定义运算符。初始查询代数是根据解析器的输出构建的。使用数据库架构可分析解析树中的字段名称引用。此代码还可以检查语义错误(例如,参数数量不正确、类型不匹配等)。

下一步(“查询优化”)使用初始代数并生成更优化的代数。这可能更简单、更高效,或者更适合执行引擎的功能。例如,初始代数可能仅指定一个“联接”,而优化代数可指定“哈希联接”。

执行

最终的可执行查询计划是根据重写的代数构建的。从根本上说,可执行计划是一个“迭代器”的有向非循环图。每个迭代器公开一系列值。迭代器可能会使用输入来生成输出(例如,排序迭代器)。涉及单个分片的查询可以由单个服务器(保存数据的服务器)执行。服务器将扫描各种表的范围、执行联接、执行聚合,以及执行由查询代数定义的所有其他操作。

涉及多个分片的查询将被分解为多个部分。查询的某些部分将继续在主(根)服务器上执行。其他部分子查询会被传递给叶节点(那些拥有正被读取的分片的子节点)。这种传递可以递归地应用于复杂查询,从而生成一个服务器执行树。所有服务器均认同时间戳,因此查询结果是一致的数据快照。每个叶服务器返回部分结果流。对于涉及聚合的查询,返回结果可能是部分聚合的结果。查询根服务器会处理来自叶服务器的结果,并运行查询计划的其余部分。点击此处查阅更多信息。

缓存

查询处理的许多软件工件会被自动缓存并再次用于后续查询。这包括查询代数、可执行的查询计划等。缓存以查询文本、绑定参数的名称和类型等为基础。这就是在查询文本中使用绑定参数(如上述示例中的 @firstName)比使用字面量值更好的原因。无论实际的绑定值如何,前者均可以被缓存一次并再次使用。如需了解详情,请参阅优化 Cloud Spanner 查询性能

错误处理

executeQuery 方法的结果行流可能会被中断,可能的原因如下:瞬时网络错误、从一个服务器到另一个服务器的分块转移(例如,负载平衡)、服务器重启(例如,升级到新版本)等等。为了帮助从这些错误中恢复,Cloud Spanner 会发送不透明的“恢复令牌”以及批量的部分结果数据。这些恢复令牌可以在重试查询时使用,以便从中断的地方继续查询。如果您正在使用 Cloud Spanner 客户端库,该步骤会自动完成;因此,客户端库的用户无需担心这种类型的瞬时故障。