分页查询

当查询结果数据量较大时,往往希望以“分页”的方式返回所需要的部分。

对查询结果进行分页

在 TiDB 当中,可以利用 LIMIT 语句来实现分页功能,常规的分页语句写法如下所示:

SELECT * FROM table_a t ORDER BY gmt_modified DESC LIMIT offset, row_count;

offset 表示起始记录数,row_count 表示每页记录数。除此之外,TiDB 也支持 LIMIT row_count OFFSET offset 语法。

除非明确要求不要使用任何排序来随机展示数据,使用分页查询语句时都应该通过 ORDER BY 语句指定查询结果的排序方式。

  • SQL
  • Java

例如,在 Bookshop 应用当中,希望将最新书籍列表以分页的形式返回给用户。通过 LIMIT 0, 10 语句,便可以得到列表第 1 页的书籍信息,每页中最多有 10 条记录。获取第 2 页信息,则改成可以改成 LIMIT 10, 10,如此类推。

SELECT * FROM books ORDER BY published_at DESC LIMIT 0, 10;

在使用 Java 开发应用程序时,后端程序从前端接收到的参数页码 page_number 和每页的数据条数 page_size,而不是起始记录数 offset,因此在进行数据库查询前需要对其进行一些转换。

public List<Book> getLatestBooksPage(Long pageNumber, Long pageSize) throws SQLException { pageNumber = pageNumber < 1L ? 1L : pageNumber; pageSize = pageSize < 10L ? 10L : pageSize; Long offset = (pageNumber - 1) * pageSize; Long limit = pageSize; List<Book> books = new ArrayList<>(); try (Connection conn = ds.getConnection()) { PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(""" SELECT id, title, published_at FROM books ORDER BY published_at DESC LIMIT ?, ?; """); stmt.setLong(1, offset); stmt.setLong(2, limit); ResultSet rs = stmt.executeQuery(); while (rs.next()) { Book book = new Book(); book.setId(rs.getLong("id")); book.setTitle(rs.getString("title")); book.setPublishedAt(rs.getDate("published_at")); books.add(book); } } return books; }

单字段主键表的分页批处理

常规的分页更新 SQL 一般使用主键或者唯一索引进行排序,再配合 LIMIT 语法中的 offset,按固定行数拆分页面。然后把页面包装进独立的事务中,从而实现灵活的分页更新。但是,劣势也很明显:由于需要对主键或者唯一索引进行排序,越靠后的页面参与排序的行数就会越多,尤其当批量处理涉及的数据体量较大时,可能会占用过多计算资源。

下面将介绍一种更为高效的分页批处理方案:

  • SQL
  • Java

使用 SQL 实现分页批处理,可以按照如下步骤进行:

首先将数据按照主键排序,然后调用窗口函数 row_number() 为每一行数据生成行号,接着调用聚合函数按照设置好的页面大小对行号进行分组,最终计算出每页的最小值和最大值。

SELECT floor((t.row_num - 1) / 1000) + 1 AS page_num, min(t.id) AS start_key, max(t.id) AS end_key, count(*) AS page_size FROM ( SELECT id, row_number() OVER (ORDER BY id) AS row_num FROM books ) t GROUP BY page_num ORDER BY page_num;

查询结果如下:

+----------+------------+------------+-----------+ | page_num | start_key | end_key | page_size | +----------+------------+------------+-----------+ | 1 | 268996 | 213168525 | 1000 | | 2 | 213210359 | 430012226 | 1000 | | 3 | 430137681 | 647846033 | 1000 | | 4 | 647998334 | 848878952 | 1000 | | 5 | 848899254 | 1040978080 | 1000 | ... | 20 | 4077418867 | 4294004213 | 1000 | +----------+------------+------------+-----------+ 20 rows in set (0.01 sec)

接下来,只需要使用 WHERE id BETWEEN start_key AND end_key 语句查询每个分片的数据即可。修改数据时,也可以借助上面计算好的分片信息,实现高效的数据更新。

例如,假如想要删除第 1 页上的所有书籍的基本信息,可以将上表第 1 页所对应的 start_keyend_key 填入 SQL 语句当中。

DELETE FROM books WHERE id BETWEEN 268996 AND 213168525 ORDER BY id;

在 Java 语言当中,可以定义一个 PageMeta 类来存储分页元信息。

public class PageMeta<K> { private Long pageNum; private K startKey; private K endKey; private Long pageSize; // Skip the getters and setters. }

定义一个 getPageMetaList() 方法获取到分页元信息列表,然后定义一个可以根据页面元信息批量删除数据的方法 deleteBooksByPageMeta()

public class BookDAO { public List<PageMeta<Long>> getPageMetaList() throws SQLException { List<PageMeta<Long>> pageMetaList = new ArrayList<>(); try (Connection conn = ds.getConnection()) { Statement stmt = conn.createStatement(); ResultSet rs = stmt.executeQuery(""" SELECT floor((t.row_num - 1) / 1000) + 1 AS page_num, min(t.id) AS start_key, max(t.id) AS end_key, count(*) AS page_size FROM ( SELECT id, row_number() OVER (ORDER BY id) AS row_num FROM books ) t GROUP BY page_num ORDER BY page_num; """); while (rs.next()) { PageMeta<Long> pageMeta = new PageMeta<>(); pageMeta.setPageNum(rs.getLong("page_num")); pageMeta.setStartKey(rs.getLong("start_key")); pageMeta.setEndKey(rs.getLong("end_key")); pageMeta.setPageSize(rs.getLong("page_size")); pageMetaList.add(pageMeta); } } return pageMetaList; } public void deleteBooksByPageMeta(PageMeta<Long> pageMeta) throws SQLException { try (Connection conn = ds.getConnection()) { PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("DELETE FROM books WHERE id >= ? AND id <= ?"); stmt.setLong(1, pageMeta.getStartKey()); stmt.setLong(2, pageMeta.getEndKey()); stmt.executeUpdate(); } } }

如果想要删除第 1 页的数据,可以这样写:

List<PageMeta<Long>> pageMetaList = bookDAO.getPageMetaList(); if (pageMetaList.size() > 0) { bookDAO.deleteBooksByPageMeta(pageMetaList.get(0)); }

如果希望通过分页分批地删除所有书籍数据,可以这样写:

List<PageMeta<Long>> pageMetaList = bookDAO.getPageMetaList(); pageMetaList.forEach((pageMeta) -> { try { bookDAO.deleteBooksByPageMeta(pageMeta); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } });

改进方案由于规避了频繁的数据排序操作造成的性能损耗,显著改善了批量处理的效率。

复合主键表的分页批处理

非聚簇索引表

对于非聚簇索引表(又被称为“非索引组织表”)而言,可以使用隐藏字段 _tidb_rowid 作为分页的 key,分页的方法与单列主键表中所介绍的方法相同。

例如:

SELECT floor((t.row_num - 1) / 1000) + 1 AS page_num, min(t._tidb_rowid) AS start_key, max(t._tidb_rowid) AS end_key, count(*) AS page_size FROM ( SELECT _tidb_rowid, row_number() OVER (ORDER BY _tidb_rowid) AS row_num FROM users ) t GROUP BY page_num ORDER BY page_num;

查询结果如下:

+----------+-----------+---------+-----------+ | page_num | start_key | end_key | page_size | +----------+-----------+---------+-----------+ | 1 | 1 | 1000 | 1000 | | 2 | 1001 | 2000 | 1000 | | 3 | 2001 | 3000 | 1000 | | 4 | 3001 | 4000 | 1000 | | 5 | 4001 | 5000 | 1000 | | 6 | 5001 | 6000 | 1000 | | 7 | 6001 | 7000 | 1000 | | 8 | 7001 | 8000 | 1000 | | 9 | 8001 | 9000 | 1000 | | 10 | 9001 | 9990 | 990 | +----------+-----------+---------+-----------+ 10 rows in set (0.00 sec)

聚簇索引表

对于聚簇索引表(又被称为“索引组织表”),可以利用 concat 函数将多个列的值连接起来作为一个 key,然后使用窗口函数获取分页信息。

需要注意的是,这时候 key 是一个字符串,你必须确保这个字符串长度总是相等的,才能够通过 minmax 聚合函数得到分页内正确的 start_keyend_key。如果进行字符串连接的字段长度不固定,你可以通过 LPAD 函数进行补全。

例如,想要对 ratings 表里的数据进行分页批处理。

先可以通过下面的 SQL 语句来在制造元信息表。因为组成 key 的 book_id 列和 user_id 列都是 bigint 类型,转换为字符串是并不是等宽的,因此需要根据 bigint 类型的最大位数 19,使用 LPAD 函数在长度不够时用 0 补齐。

SELECT floor((t1.row_num - 1) / 10000) + 1 AS page_num, min(mvalue) AS start_key, max(mvalue) AS end_key, count(*) AS page_size FROM ( SELECT concat('(', LPAD(book_id, 19, 0), ',', LPAD(user_id, 19, 0), ')') AS mvalue, row_number() OVER (ORDER BY book_id, user_id) AS row_num FROM ratings ) t1 GROUP BY page_num ORDER BY page_num;

查询结果如下:

+----------+-------------------------------------------+-------------------------------------------+-----------+ | page_num | start_key | end_key | page_size | +----------+-------------------------------------------+-------------------------------------------+-----------+ | 1 | (0000000000000268996,0000000000092104804) | (0000000000140982742,0000000000374645100) | 10000 | | 2 | (0000000000140982742,0000000000456757551) | (0000000000287195082,0000000004053200550) | 10000 | | 3 | (0000000000287196791,0000000000191962769) | (0000000000434010216,0000000000237646714) | 10000 | | 4 | (0000000000434010216,0000000000375066168) | (0000000000578893327,0000000002167504460) | 10000 | | 5 | (0000000000578893327,0000000002457322286) | (0000000000718287668,0000000001502744628) | 10000 | ... | 29 | (0000000004002523918,0000000000902930986) | (0000000004147203315,0000000004090920746) | 10000 | | 30 | (0000000004147421329,0000000000319181561) | (0000000004294004213,0000000003586311166) | 9972 | +----------+-------------------------------------------+-------------------------------------------+-----------+ 30 rows in set (0.28 sec)

假如想要删除第 1 页上的所有评分记录,可以将上表第 1 页所对应的 start_keyend_key 填入 SQL 语句当中。

SELECT * FROM ratings WHERE (book_id > 268996 AND book_id < 140982742) OR ( book_id = 268996 AND user_id >= 92104804 ) OR ( book_id = 140982742 AND user_id <= 374645100 ) ORDER BY book_id, user_id;

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