クラスター化インデックス

TiDBは、v5.0以降のクラスター化インデックス機能をサポートしています。この機能は、主キーを含むテーブルにデータを格納する方法を制御します。 TiDBは、特定のクエリのパフォーマンスを向上させる方法でテーブルを整理する機能を提供します。

このコンテキストでのクラスター化という用語は、データの保存方法の編成を指し、一緒に動作するデータベースサーバーのグループではありません。一部のデータベース管理システムでは、クラスター化インデックスをインデックス編成テーブル（IOT）と呼びます。

現在、TiDBの主キーを含むテーブルは、次の2つのカテゴリに分類されます。

• NONCLUSTERED ：テーブルの主キーは非クラスター化インデックスです。非クラスター化インデックスを持つテーブルでは、行データのキーは、TiDBによって暗黙的に割り当てられた内部_tidb_rowidで構成されます。主キーは本質的に一意のインデックスであるため、非クラスター化インデックスを持つテーブルには、行を格納するために少なくとも2つのキーと値のペアが必要です。
  • _tidb_rowid （キー）-行データ（値）
  • 主キーデータ（キー） _tidb_rowid （値）
• CLUSTERED ：テーブルの主キーはクラスター化インデックスです。クラスター化インデックスを持つテーブルでは、行データのキーは、ユーザーが指定した主キーデータで構成されます。したがって、クラスター化インデックスを持つテーブルは、行を格納するために1つのキーと値のペアのみを必要とします。
  • 主キーデータ（キー）-行データ（値）

ノート：

TiDBは、テーブルのPRIMARY KEYによるクラスタリングのみをサポートします。クラスター化インデックスを有効にすると、 PRIMARY KEYという用語とクラスター化インデックスは同じ意味で使用される場合があります。 PRIMARY KEYは制約（論理プロパティ）を示し、クラスター化されたインデックスはデータの格納方法の物理的な実装を示します。

ユーザーシナリオ

非クラスター化インデックスを持つテーブルと比較して、クラスター化インデックスを持つテーブルは、次のシナリオでパフォーマンスとスループットの利点が向上します。

• データが挿入されると、クラスター化されたインデックスにより、ネットワークからのインデックスデータの書き込みが1回減ります。
• 同等の条件のクエリに主キーのみが含まれる場合、クラスター化インデックスはネットワークからのインデックスデータの読み取りを1回減らします。
• 範囲条件を含むクエリに主キーのみが含まれる場合、クラスター化インデックスは、ネットワークからのインデックスデータの複数の読み取りを削減します。
• 同等または範囲の条件を持つクエリに主キープレフィックスのみが含まれる場合、クラスター化インデックスは、ネットワークからのインデックスデータの複数の読み取りを削減します。

一方、クラスター化インデックスを持つテーブルには、いくつかの欠点があります。以下を参照してください。

• 近い値を持つ多数の主キーを挿入すると、書き込みホットスポットの問題が発生する可能性があります。
• 主キーのデータ型が64ビットより大きい場合、特に複数のセカンダリインデックスがある場合、テーブルデータはより多くのストレージスペースを占有します。

使用法

クラスター化インデックスを使用してテーブルを作成する

TiDB v5.0以降、 CREATE TABLEステートメントのPRIMARY KEYの後に予約されていないキーワードCLUSTEREDまたはNONCLUSTEREDを追加して、テーブルの主キーがクラスター化インデックスであるかどうかを指定できます。例えば：

CREATE TABLE t (a BIGINT PRIMARY KEY CLUSTERED, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT PRIMARY KEY NONCLUSTERED, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT KEY CLUSTERED, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT KEY NONCLUSTERED, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT, b VARCHAR(255), PRIMARY KEY(a, b) CLUSTERED);
CREATE TABLE t (a BIGINT, b VARCHAR(255), PRIMARY KEY(a, b) NONCLUSTERED);

キーワードKEYとPRIMARY KEYは、列定義で同じ意味を持つことに注意してください。

TiDBのコメント構文を使用して、主キーのタイプを指定することもできます。例えば：

CREATE TABLE t (a BIGINT PRIMARY KEY /*T![clustered_index] CLUSTERED */, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT PRIMARY KEY /*T![clustered_index] NONCLUSTERED */, b VARCHAR(255));
CREATE TABLE t (a BIGINT, b VARCHAR(255), PRIMARY KEY(a, b) /*T![clustered_index] CLUSTERED */);
CREATE TABLE t (a BIGINT, b VARCHAR(255), PRIMARY KEY(a, b) /*T![clustered_index] NONCLUSTERED */);

キーワードCLUSTEREDを明示的に指定しないステートメントの場合、デフォルトの動作はシステム変数NONCLUSTEREDによって制御され@@global.tidb_enable_clustered_index 。この変数でサポートされている値は次のとおりです。

• OFFは、主キーがデフォルトで非クラスター化インデックスとして作成されることを示します。
• ONは、主キーがデフォルトでクラスター化インデックスとして作成されることを示します。
• INT_ONLYは、動作が構成項目alter-primary-keyによって制御されていることを示します。 alter-primary-keyがtrueに設定されている場合、主キーはデフォルトで非クラスター化インデックスとして作成されます。 falseに設定すると、整数列で構成される主キーのみがクラスター化インデックスとして作成されます。

デフォルト値の@@global.tidb_enable_clustered_indexはINT_ONLYです。

クラスタ化インデックスを追加または削除する

TiDBは、テーブルの作成後のクラスター化インデックスの追加または削除をサポートしていません。また、クラスター化インデックスと非クラスター化インデックス間の相互変換もサポートしていません。例えば：

ALTER TABLE t ADD PRIMARY KEY(b, a) CLUSTERED; -- Currently not supported.
ALTER TABLE t DROP PRIMARY KEY;     -- If the primary key is a clustered index, then not supported.
ALTER TABLE t DROP INDEX `PRIMARY`; -- If the primary key is a clustered index, then not supported.

非クラスター化インデックスを追加または削除します

TiDBは、テーブルの作成後に非クラスター化インデックスを追加または削除することをサポートしています。キーワードNONCLUSTEREDを明示的に指定することも、省略することもできます。例えば：

ALTER TABLE t ADD PRIMARY KEY(b, a) NONCLUSTERED;
ALTER TABLE t ADD PRIMARY KEY(b, a); -- If you omit the keyword, the primary key is a non-clustered index by default.
ALTER TABLE t DROP PRIMARY KEY;
ALTER TABLE t DROP INDEX `PRIMARY`;

主キーがクラスター化インデックスであるかどうかを確認します

次のいずれかの方法を使用して、テーブルの主キーがクラスター化インデックスであるかどうかを確認できます。

• コマンドSHOW CREATE TABLEを実行します。
• コマンドSHOW INDEX FROMを実行します。
• システムテーブルinformation_schema.tablesのTIDB_PK_TYPE列をクエリします。

コマンドSHOW CREATE TABLEを実行すると、 PRIMARY KEYの属性がCLUSTEREDであるかNONCLUSTEREDであるかを確認できます。例えば：

mysql> SHOW CREATE TABLE t;
+-------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Table | Create Table                                                                                                                                                                                      |
+-------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| t     | CREATE TABLE `t` (
  `a` bigint(20) NOT NULL,
  `b` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`a`) /*T![clustered_index] CLUSTERED */
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin |
+-------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.01 sec)

コマンドSHOW INDEX FROMを実行することにより、列Clusteredの結果がYESまたはNOを示しているかどうかを確認できます。例えば：

mysql> SHOW INDEX FROM t;
+-------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+---------+------------+-----------+
| Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment | Visible | Expression | Clustered |
+-------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+---------+------------+-----------+
| t     |          0 | PRIMARY  |            1 | a           | A         |           0 |     NULL | NULL   |      | BTREE      |         |               | YES     | NULL       | YES       |
+-------+------------+----------+--------------+-------------+-----------+-------------+----------+--------+------+------------+---------+---------------+---------+------------+-----------+
1 row in set (0.01 sec)

システムテーブルinformation_schema.tablesの列TIDB_PK_TYPEにクエリを実行して、結果がCLUSTEREDかNONCLUSTEREDかを確認することもできます。例えば：

mysql> SELECT TIDB_PK_TYPE FROM information_schema.tables WHERE table_schema = 'test' AND table_name = 't';
+--------------+
| TIDB_PK_TYPE |
+--------------+
| CLUSTERED    |
+--------------+
1 row in set (0.03 sec)

制限事項

現在、クラスター化インデックス機能にはいくつかの異なるタイプの制限があります。以下を参照してください。

• サポートされておらず、サポートプランに含まれていない状況：
  • クラスタ化インデックスを属性SHARD_ROW_ID_BITSと一緒に使用することはサポートされていません。また、属性PRE_SPLIT_REGIONSは、クラスター化インデックスを持つテーブルでは有効になりません。
  • クラスター化インデックスを使用したテーブルのダウングレードはサポートされていません。このようなテーブルをダウングレードする必要がある場合は、代わりに論理バックアップツールを使用してデータを移行してください。
• まだサポートされていないがサポートプランにある状況：
  • ALTER TABLEステートメントを使用したクラスター化インデックスの追加、削除、および変更はサポートされていません。
• 特定のバージョンの制限：
  • v5.0では、クラスター化インデックス機能をBinlogと一緒に使用することはサポートされていません。 TiDB Binlogを有効にすると、TiDBでは主キーのクラスター化インデックスとして単一の整数列のみを作成できます。 TiDB Binlogは、クラスター化インデックスを持つ既存のテーブルのデータ変更（挿入、削除、更新など）をダウンストリームに複製しません。クラスター化インデックスを持つテーブルをダウンストリームに複製する必要がある場合は、クラスタをv5.1にアップグレードするか、代わりに複製にTiCDCを使用します。

TiDB Binlogを有効にした後、作成するクラスター化インデックスが単一の整数の主キーでない場合、TiDBは次のエラーを返します。

mysql> CREATE TABLE t (a VARCHAR(255) PRIMARY KEY CLUSTERED);
ERROR 8200 (HY000): Cannot create clustered index table when the binlog is ON

クラスタ化インデックスを属性SHARD_ROW_ID_BITSと一緒に使用すると、TiDBは次のエラーを報告します。

mysql> CREATE TABLE t (a VARCHAR(255) PRIMARY KEY CLUSTERED) SHARD_ROW_ID_BITS = 3;
ERROR 8200 (HY000): Unsupported shard_row_id_bits for table with primary key as row id

互換性

以前のバージョンと新しいバージョンのTiDBとの互換性

TiDBは、クラスター化インデックスを持つテーブルのアップグレードをサポートしますが、そのようなテーブルのダウングレードはサポートしません。つまり、新しいバージョンのクラスター化インデックスを持つテーブルのデータは、以前のバージョンでは使用できません。

クラスター化インデックス機能は、TiDBv3.0およびv4.0で部分的にサポートされています。次の要件が完全に満たされると、デフォルトで有効になります。

• テーブルにはPRIMARY KEYが含まれています。
• PRIMARY KEYは1つの列のみで構成されます。
• PRIMARY KEYはINTEGERです。

TiDB v5.0以降、クラスター化インデックス機能はすべてのタイプの主キーで完全にサポートされていますが、デフォルトの動作はTiDBv3.0およびv4.0と一貫しています。デフォルトの動作を変更するには、システム変数@@tidb_enable_clustered_indexをONまたはOFFに構成します。詳細については、 クラスター化インデックスを使用してテーブルを作成するを参照してください。

MySQLとの互換性

TiDB固有のコメント構文は、キーワードCLUSTEREDとNONCLUSTEREDをコメントでラップすることをサポートします。 SHOW CREATE TABLEの結果には、TiDB固有のSQLコメントも含まれています。以前のバージョンのMySQLデータベースおよびTiDBデータベースは、これらのコメントを無視します。

TiDB移行ツールとの互換性

クラスター化インデックス機能は、v5.0以降のバージョンの以下の移行ツールとのみ互換性があります。

• バックアップと復元のツール：BR、 Dumpling、 TiDB Lightning。
• データ移行およびレプリケーションツール：DMおよびTiCDC。

ただし、v5.0 BRツールを使用してテーブルをバックアップおよび復元することによって、非クラスター化インデックスを持つテーブルをクラスター化インデックスを持つテーブルに変換することはできません。その逆も同様です。

他のTiDB機能との互換性

結合された主キーまたは単一の非整数の主キーを持つテーブルの場合、主キーを非クラスター化インデックスからクラスター化インデックスに変更すると、その行データのキーも変更されます。したがって、v5.0より前のバージョンのTiDBで実行可能なSPLIT TABLE BY/BETWEENのステートメントは、v5.0以降のバージョンのTiDBでは機能しなくなります。 SPLIT TABLE BY/BETWEENを使用してクラスター化インデックスを使用してテーブルを分割する場合は、整数値を指定する代わりに、主キー列の値を指定する必要があります。次の例を参照してください。

mysql> create table t (a int, b varchar(255), primary key(a, b) clustered);
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
mysql> split table t between (0) and (1000000) regions 5;
ERROR 1105 (HY000): Split table region lower value count should be 2
mysql> split table t by (0), (50000), (100000);
ERROR 1136 (21S01): Column count doesn't match value count at row 0
mysql> split table t between (0, 'aaa') and (1000000, 'zzz') regions 5;
+--------------------+----------------------+
| TOTAL_SPLIT_REGION | SCATTER_FINISH_RATIO |
+--------------------+----------------------+
|                  4 |                    1 |
+--------------------+----------------------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> split table t by (0, ''), (50000, ''), (100000, '');
+--------------------+----------------------+
| TOTAL_SPLIT_REGION | SCATTER_FINISH_RATIO |
+--------------------+----------------------+
|                  3 |                    1 |
+--------------------+----------------------+
1 row in set (0.01 sec)

属性AUTO_RANDOMは、クラスター化インデックスでのみ使用できます。それ以外の場合、TiDBは次のエラーを返します。

mysql> create table t (a bigint primary key nonclustered auto_random);
ERROR 8216 (HY000): Invalid auto random: column a is not the integer primary key, or the primary key is nonclustered