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理解GiST索引的空间构造原理

通过空间思维解析GiST索引的构建方式及其在空间数据检索中的应用。

作者

digoal


日期

2017-08-25


标签

PostgreSQL, GIS, PostGIS, Greenplum, 空间检索, GiST, B-Tree, geohash




背景

GiST(Generalized Search Tree)索引是一种支持多种数据类型和操作符类的通用索引方法。本文探讨了GiST索引在空间数据检索中的具体实现和优化策略。

本文是对以下两篇文档的补充:

  • 《Greenplum 空间(GIS)数据检索 B-Tree & GiST 索引实践 - 阿里云HybridDB for PostgreSQL最佳实践》
  • 《PostGIS空间索引(GiST、BRIN、R-Tree)选择、优化 - 阿里云RDS PostgreSQL最佳实践》

GiST索引的构造

GiST索引可以通过空间思维来理解。例如,在数据规整方面,通过减少每个堆块(heap block)的边界框(bounding box)大小,并使不同堆块之间的边界更加清晰,可以提高空间数据检索的效率。

GiST索引采用R-Tree结构来实现这一点,使得在插入数据时,空间对象能够明确地分配到相应的索引分支。随着数据的不断写入,GiST索引可能会出现分裂(split)的情况。

pic


GiST索引对写入性能的影响

以下是创建和插入大量空间数据时,GiST索引对写入性能的影响测试:

postgres=# create unlogged table test_gist (pos geometry);
CREATE TABLE
postgres=# create index idx_test_gist_1 on test_gist using gist (pos);
CREATE INDEX
postgres=# insert into test_gist select st_setsrid(st_makepoint(random()*360-180, random()*180-90), 4326) from generate_series(1,5000000);
INSERT 0 5000000
Time: 67127.758 ms
postgres=# drop index idx_test_gist_1 ;
DROP INDEX
Time: 1056.465 ms
postgres=# create index idx_test_gist_1 on test_gist using gist (pos);
CREATE INDEX
Time: 58945.677 ms

B-Tree索引对写入性能的影响

以下是创建和插入大量空间数据时,B-Tree索引对写入性能的影响测试:

postgres=# create unlogged table test_btree (pos geometry);
CREATE TABLE
postgres=# create index idx_test_btree_1 on test_btree using btree(st_geohash(pos,11));
CREATE INDEX
postgres=# insert into test_btree select st_setsrid(st_makepoint(random()*360-180, random()*180-90), 4326) from generate_series(1,5000000);
INSERT 0 5000000
Time: 30199.098 ms
postgres=# drop index idx_test_btree_1 ;
DROP INDEX
Time: 50.565 ms
postgres=# create index idx_test_btree_1 on test_btree using btree(st_geohash(pos,11));
CREATE INDEX
Time: 7746.942 ms

BRIN索引对写入性能的影响

以下是创建和插入大量空间数据时,BRIN索引对写入性能的影响测试:

postgres=# create unlogged table test_brin (pos geometry);
CREATE TABLE
postgres=# create index idx_test_brin_1 on test_brin using brin(pos);
CREATE INDEX
postgres=# insert into test_brin select st_setsrid(st_makepoint(random()*360-180, random()*180-90), 4326) from generate_series(1,5000000);
INSERT 0 5000000
Time: 7476.996 ms
postgres=# drop index idx_test_brin_1 ;
DROP INDEX
Time: 1.604 ms
postgres=# create index idx_test_brin_1 on test_brin using brin(pos);
CREATE INDEX
Time: 1697.741 ms

GiST索引的通用性

GiST不仅支持空间数据类型,还支持其他复杂的数据类型,如SP-GiST索引。这种通用性使其成为处理多种数据类型的强大工具。

pic


小结

GiST索引直接构建在空间列上,对性能影响较大。B-Tree索引通过表达式(st_geohash)构建,对性能影响较小。BRIN索引直接构建在空间列上,对性能影响最小。


参考

  • 《Greenplum 空间(GIS)数据检索 B-Tree & GiST 索引实践 - 阿里云HybridDB for PostgreSQL最佳实践》
  • 《PostGIS空间索引(GiST、BRIN、R-Tree)选择、优化 - 阿里云RDS PostgreSQL最佳实践》
  • Flexible Indexing with Postgres

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mengziwudao
这个家伙很懒,什么也没留下!
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