跟我一起读postgresql源码(十)——Executor(查询执行模块之——Scan节点(下))

接前文跟我一起读postgresql源码(九)——Executor(查询执行模块之——Scan节点(上)) ,本篇把剩下的七个Scan节点结束掉。

	T_SubqueryScanState,
    T_FunctionScanState,
    T_ValuesScanState,
    T_CteScanState,
    T_WorkTableScanState,
    T_ForeignScanState,
    T_CustomScanState,

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8.SubqueryScan 节点

SubqueryScan节点的作用是以另一个査询计划树（子计划）为扫描对象进行元组的扫描，其扫描过程最终被转换为子计划的执行。

Postgres子查询主要包含如下几个关键字: EXISTS, IN, NOT IN, ANY/SOME, ALL，详细介绍可以看看：http://www.postgres.cn/docs/9.5/functions-subquery.html

举例子：

postgres=# explain select id  from test_new where exists (select id from test_dm);
                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------
 Result  (cost=0.02..35.52 rows=2550 width=4)
   One-Time Filter: $0
   InitPlan 1 (returns $0)
     ->  Seq Scan on test_dm  (cost=0.00..22346.00 rows=1000000 width=0)
   ->  Seq Scan on test_new  (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
(5 行)

下面这个查询虽然也是子查询，但是在查询编译阶段被优化了(提升子连接，主要是把ANY和EXIST子句转换为半连接)

postgres=# explain select id  from test_new where exists (select id from test_dm where id = test_new.id);
                                 QUERY PLAN
-----------------------------------------------------------------------------
 Hash Semi Join  (cost=38753.00..42736.38 rows=1275 width=4)
   Hash Cond: (test_new.id = test_dm.id)
   ->  Seq Scan on test_new  (cost=0.00..35.50 rows=2550 width=4)
   ->  Hash  (cost=22346.00..22346.00 rows=1000000 width=4)
         ->  Seq Scan on test_dm  (cost=0.00..22346.00 rows=1000000 width=4)
(5 行)

有关内容，这里有一篇讲得很好：PostgreSQL查询优化之子查询优化

SubqueryScan节点在Scan节点之上扩展定义了子计划的根节点指针（subplan字段），而subrtable字段是査询编译器使用的结构，执行器运行时其值为空。

typedef struct SubqueryScan
{
	Scan		scan;
	Plan	   *subplan;
} SubqueryScan;

显然，SubqueryScan节点的初始化过程（ExecInitSubqueryScan函数）会使用ExecInitNode处理SubqueryScan的subplan字段指向的子计划树，并将子计划的PlanStale树根节点指针賦值给SubqueryScanState 的subplan字段。

typedef struct SubqueryScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	PlanState  *subplan;
} SubqueryScanState;

我认为SubqueryScan节点其实就是一个壳子，为什么这么说呢？因为SubqueryScan节点的执行(ExecSubqueryScan 函数)通过将SubqueryNext 传递给 ExecScan函数处理来实现的。SubqueryNext实际则是调用ExecProcNode处理subplan来获得元组。也就是说，这里SubqueryScan是运行了一个独立的查询计划，然后获取它的结果，而不是自己去扫描表。因此recheck工作就在独立的查询计划里做过了，SubqueryScan节点不必再做。

所以我们可以看到：

static bool
SubqueryRecheck(SubqueryScanState *node, TupleTableSlot *slot)
{
	/* nothing to check */
	return true;
}

上面说了在执行时调用了ExecProcNode处理subplan，那么在清理过程中，很显然需要额外调用ExecEndNode来清理子计划。

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9.FunctionScan 节点

二话不说先上例子：

postgres=# CREATE FUNCTION dup(int) RETURNS TABLE(f1 int, f2 text)
postgres-#     AS $$ SELECT $1, CAST($1 AS text) || ' is text' $$
postgres-#     LANGUAGE SQL;
CREATE FUNCTION

postgres=# explain SELECT * FROM dup(42);
                         QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------
 Function Scan on dup  (cost=0.25..10.25 rows=1000 width=36)
(1 行)

在PostgreSQL中，有一些函数可以返回元组的集合，为了能从这些函数的返回值中获取元组，PostgreSQL定义了 FunctionScan节点，其扫描对象为返回元组集的函数。FunctionScan节点在Scan的基础上扩展定义了:

functions列表字段，里面存放了FuncitonScan涉及的函数；

以及funcordinality字段(是否给返回结果加上序号列)。

When a function in the FROM clause is suffixed by WITH ORDINALITY, a bigint column is appended to the output which starts from 1 and increments by 1 for each row of the function's output. This is most useful in the case of set returning functions such as unnest()

详细看这里：http://www.postgres.cn/docs/9.5/functions-srf.html

typedef struct FunctionScan
{
	Scan		scan;
	List	   *functions;		/* list of RangeTblFunction nodes */
	bool		funcordinality; /* WITH ORDINALITY */
} FunctionScan;

FunctionScan 节点的初始化过程（ExecInitFunctionScan 函数）会初始化 FunctionScanState 结构，然后根据FunctionScan的字段functions，对每个函数构造运行时的状态节点FunctionScanPerFuncState，如下：

typedef struct FunctionScanPerFuncState
{
	ExprState  *funcexpr;		/* state of the expression being evaluated */
	TupleDesc	tupdesc;		/* desc of the function result type */
	int			colcount;		/* expected number of result columns */
	Tuplestorestate *tstore;	/* holds the function result set */
	int64		rowcount;		/* # of rows in result set, -1 if not known */
	TupleTableSlot *func_slot;	/* function result slot (or NULL) */
} FunctionScanPerFuncState;

这里根据FunctionScan中的functions字段对每一个函数构造用于表达式计算的结构（存储在funcexpr中）和，还要构造函数返回元组的描述符存储在tupdesc中，此时用于存储函数结果集的tuplestoreslate字段为NULL。

上面这些做完以后，就可以根据所涉及的所有函数的FunctionScanPerFuncState结构来构造返回值的TupleDesc(即最后的返回值一定是这几个函数返回值的组合)：

例如：

postgres=# SELECT * FROM dup(42) WITH ORDINALITY AS t(ls,n,xxx),increment(42);
 ls |     n      | xxx | increment
----+------------+-----+-----------
 42 | 42 is text |   1 |        43
(1 行)

typedef struct FunctionScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	int			eflags;			//node's capability flags
	bool		ordinality;		//is this scan WITH ORDINALITY?
	bool		simple;			//true if we have 1 function and no ordinality
	int64		ordinal;		//current ordinal column value
	int			nfuncs;			//number of functions being executed
	/* per-function execution states (private in nodeFunctionscan.c) */
	struct FunctionScanPerFuncState *funcstates;		/* array of length nfuncs */
	MemoryContext argcontext;	//memory context to evaluate function arguments in
} FunctionScanState;

在 FunctionScan 节点的执行过程（ExecFunctionScan 函数）中，将 FunctionNext 传递给 ExecScan函数，FunctionNext函数首先判断tuplestorestate是否为空（首次执行时为空），如果为空则执行函数ExecMakeTableFunctionResult生成所有结果集并存储在tuplestorestate中，此后每次执行节点将调用tuplestore_gettupleslot获取结果集中的一个元组。

最后，FunctionScan节点清理过程需要淸理tuplestorestate结构。

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10.ValuesScan 节点

VALUES计算由值表达式指定的一个行值或者一组行值。更常见的是把它用来生成一个大型命令内的"常量表"， 但是它也可以被独自使用。

当多于一行被指定时，所有行都必须具有相同数量的元素。结果表的列数据类型 由出现在该列的表达式的显式或者推导类型组合决定，决定的规则与UNION相同。

在大型的命令中，在语法上允许VALUES出现在 SELECT出现的任何地方。因为语法把它当做一个 SELECT，可以为一个VALUES 命令使用ORDER BY、 LIMIT（或者等效的FETCH FIRST） 以及OFFSET子句。

我们举例吧，一个纯粹的VALUES命令：

VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');

将返回一个具有两列、三行的表。

postgres=# VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');
 column1 | column2
---------+---------
       1 | one
       2 | two
       3 | three
(3 行)

postgres=# EXPLAIN VALUES (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three');
                          QUERY PLAN
--------------------------------------------------------------
 Values Scan on "*VALUES*"  (cost=0.00..0.04 rows=3 width=36)
(1 行)

更常用地，VALUES可以被用在一个大型 SQL 命令中。 在INSERT中最常用：

postgres=# insert into test values (1,'xxxx');
INSERT 0 1

postgres=# explain insert into test_new values (1);
                      QUERY PLAN
------------------------------------------------------
 Insert on test_new  (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
   ->  Result  (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
(2 行)

具体的可以看这个：http://www.postgres.cn/docs/9.5/sql-values.html

这样我们就对VALUES子句不陌生了，下面继续说。

ValuesScan节点是用来对VALUES子句给出的元组集合进行扫描（INSERT语句中的VALUES子句走的是RESULT节点）。如下所示，ValuesScan节点中的values_lists存储了VALUES子句中的表达式链表。

typedef struct ValuesScan
{
	Scan		scan;
	List	   *values_lists;	/* list of expression lists */
} ValuesScan;

ValuesScan节点的初始化过程（ExeclnitValuesScan函数）处理values_lists中的表达式生成Values表达式，并存储在ValuesScanState的exprlists数组中，array_len记录数组长度，cuxr_idx和

markedJdx用于存储数组中的偏移量。同时还会分配内存上下文rowconext用于表达式计箅(ss.ps.ps_ExprContext本来就是用来做表达式计算的，但是为了防止对于一个过长的VALUES子句发生的内存泄露，使用rowconext对VALUES每一行做统一处理，在每一行处理完成后就使用rowconext释放该段内存。)。

typedef struct ValuesScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	ExprContext *rowcontext;	//per-expression-list context
	List	  **exprlists;		//array of expression lists being evaluated
	int			array_len;		//size of array
	int			curr_idx;		//current array index (0-based)
} ValuesScanState;

ValuesScan 节点执行过程（ExecValuesScan 函数）调用 ExecScan 实现，ExecScan 通过 ValuesNext获取扫描元组，ValuesNext则通过curr_idx从exprlists中获取需要处理的表达式，并计算出结果元组返回。

由于额外地申请了rowconext上下文，因此在ValuesScan节点清理过程（ExecEndValuesScan函数）中需要释放内存上下文rowcontext。

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11.CteScan 节点

WITH提供了一种方式来书写在一个大型查询中使用的辅助语句。这些语句通常被称为公共表表达式或CTE，它们可以被看成是定义只在一个查询中存在的临时表。在WITH子句中的每一个辅助语句可以是一个SELECT、INSERT、UPDATE或DELETE，并且WITH子句本身也可以被附加到一个主语句，主语句也可以是SELECT、INSERT、UPDATE或DELETE

具体可以参考这个：http://www.postgres.cn/docs/9.5/queries-with.html

如果对CTE有所了解，就会知道，CTE一般不会单独存在，而是依附于一个主查询，换言之CTE是作为一个副查询出现的。所以在主查询中就将副查询作为一个子计划Subplan处理。CTE的执行状态树存放到执行器全局状态Estate的es_subplanstates链表中。

typedef struct EState
{
	NodeTag		type;
	...
	/* Parameter info: */
	ParamListInfo es_param_list_info;	/* values of external params */
	ParamExecData *es_param_exec_vals;	/* values of internal params */
	...
	List	   *es_subplanstates;		/* List of PlanState for SubPlans */
	...
} EState;

并在CteScan中的ctePlanld存储其子计划在该链表中的偏移量，对应于同一个子计划的CteScan的ctePlanld相同。PostgreSQL在实现时，还为每个CTE在一个全局参数链表中分配了一个空间，其偏移量存储在cteParam中，对应同一个CTE的CteScan对应的偏移量也相同。CteScan节点相关数据结构如下所示。

typedef struct CteScan
{
	Scan		scan;
	int			ctePlanId;		/* ID of init SubPlan for CTE */
	int			cteParam;		/* ID of Param representing CTE output */
} CteScan;

CteScan节点的初始化过程(ExecInitCteScan函数)将首先初始化CteScanState结构，通过ctePlanld在es_subplanstates中找到对应的子计划执行状态树，并存储在CteScanState的cteplanstate字段中。

然后通过cteParam在执行器全局状态Estate的es_param_exec_vals字段中获取参数结构ParamExecData。若ParamExecData中value为NULL,表示没有其他CteScan对此CTE初始化过存储结构，此时会初始化CteScanState的cte_table字段，并将leader和ParamExecData的value賦值为指向当前CteScanState的指针。若ParamExecData中的value不为NULL,则将其值陚值给leader,让其指向第一个CteScan创建的CteScanState,而不为当前的CteScan初始化cte_table。这样对应一个CTE全局只有一个元组缓存结构，所有使用该CTE的CteScan都会共享该缓存。

typedef struct CteScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	int			eflags;			/* capability flags to pass to tuplestore */
	int			readptr;		/* index of my tuplestore read pointer */
	PlanState  *cteplanstate;	/* PlanState for the CTE query itself */
	/* Link to the "leader" CteScanState (possibly this same node) */
	struct CteScanState *leader;
	/* The remaining fields are only valid in the "leader" CteScanState */
	Tuplestorestate *cte_table; /* rows already read from the CTE query */
	bool		eof_cte;		/* reached end of CTE query? */
} CteScanState;

最后。在做一些初始化工作，比如初始化处理元组的表达式上下文、子表达式、元组表、结果元组表等等。

在执行CteScan节点时，将首先査看cte_table指向的缓存中是否缓存元组(缓存结构Tuplestorestate)，如果有可直接获取，否则需要先执行ctePlanld指向的子计划获取元组。

CteScan节点的清理过程需要清理元组缓存结构，但只需清理leader指向自身的CteScanState。

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12.WorkTableScan 节点

这个节点是和RecursiveUnion节点紧密关联的。下面先看例子，一个RecursiveUnion查询：

postgres=# WITH RECURSIVE t(n) AS(
postgres(# VALUES(1)
postgres(# UNION ALL
postgres(# SELECT n+1 FROM t WHERE n<100)
postgres-# SELECT sum(n) FROM t;
 sum
------
 5050
(1 行)

查询计划
                               QUERY PLAN
-------------------------------------------------------------------------
 Aggregate  (cost=3.65..3.66 rows=1 width=4)
   CTE t
     ->  Recursive Union  (cost=0.00..2.95 rows=31 width=4)
           ->  Result  (cost=0.00..0.01 rows=1 width=0)
           ->  WorkTable Scan on t t_1  (cost=0.00..0.23 rows=3 width=4)
                 Filter: (n < 100)
   ->  CTE Scan on t  (cost=0.00..0.62 rows=31 width=4)
(7 行)

对于递归查询求值，流程如下：

1.计算非递归项。对UNION（但不对UNION ALL），抛弃重复行。把所有剩余的行包括在递归查询的结果中，并且也把它们放在一个临时的工作表中。

2.只要工作表不为空，重复下列步骤：

• 计算递归项，用当前工作表的内容替换递归自引用。对UNION（不是UNION ALL），抛弃重复行以及那些与之前结果行重复的行。将剩下的所有行包括在递归查询的结果中，并且也把它们放在一个临时的中间表中。

• 用中间表的内容替换工作表的内容，然后清空中间表。

详细可以看这里：http://www.postgres.cn/docs/9.5/queries-with.html

这里的工作表就是WorkTable。

WorkTableScan会与RecursiveUnion共同完成递归合并子査询。RecursiveUnion会缓存一次递归中的所有元组到RecursiveUnionState结构中，WorkTableScan提供了对此缓存的扫描。

如下所示，WorkTableScan节点扩展定义了wtParam用于同RecursiveUnion节点间的通信，而 WorkTableScanState 节点的 rustate 字段中记录了 RecursiveUnionState结构的指针，以便WorkTableScan在执行过程中可以从缓存结构中获取元组。

typedef struct WorkTableScan
{
	Scan		scan;
	int			wtParam;		/* ID of Param representing work table */
} WorkTableScan;

节点状态：

typedef struct WorkTableScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	RecursiveUnionState *rustate;
} WorkTableScanState;

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13.ForeignScan节点

如果用过postgres_fdw或者dblink这些PostgreSQL提供了外部数据包装器，那么就大概能知道这个Scan节点的用途：扫描外部Postgresql数据表。

如果你对postgres_fdw有兴趣，这里是网址，拿去不谢：http://www.postgres.cn/docs/9.5/postgres-fdw.html

ForeignScan节点的信息如下，主要在Scan之外扩展了外部数据相关的一些信息。fdw_exprs和fdw_private都在外部数据包装器的控制下，但是fdw_exprs被假定为包含表达式树并且将由规划器相应地进行后处理; fdw_private不会。

fdw_scan_tlist是描述由FDW返回的扫描元组的内容的目标列表;如果扫描元组与外部表的声明行类型匹配，则可以为NIL，这对于简单的外部表扫描来说是正常情况。(如果计划节点表示外部联接，则需要fdw_scan_tlist，因为系统目录中没有可用的rowtype)

fdw_scan_tlist永远不会被执行;它只是持有描述扫描元组列中的内容的表达式树。

fdw_recheck_quals应该包含核心系统传递给FDW但是没有被添加到scan.plan.qual中的条件,也就是说，这些条件需要在FDW中做判断(这些条件是要在recheck中做判断的)。

typedef struct ForeignScan
{
	Scan		scan;
	Oid			fs_server;		/* OID of foreign server */
	List	   *fdw_exprs;		/* expressions that FDW may evaluate */
	List	   *fdw_private;	/* private data for FDW */
	List	   *fdw_scan_tlist; /* optional tlist describing scan tuple */
	List	   *fdw_recheck_quals;	/* original quals not in scan.plan.qual */
	Bitmapset  *fs_relids;		/* RTIs generated by this scan */
	bool		fsSystemCol;	/* true if any "system column" is needed */
} ForeignScan;

还有一个数据结构也要特别关注，它保持了外部数据包装器处理程序返回函数，即它提供供PLANNER和EXECUTOR使用的回调函数的指针。

src/include/foreign/fdwapi.h
typedef struct FdwRoutine

下面是ForeignScan的状态节点ForeignScanState，它在ScanState之外扩展了需要recheck的列表字段fdw_recheck_quals、外部数据包装器处理程序返回函数集合结构体FdwRoutine和外部数据包装器状态fdw_state。

在初始化时，ExecInitForeignScan函数除了做一般的初始化之外，还对ForeignScanState的fdwroutine字段做了初始化，获取函数指针和扫描关系表。

typedef struct ForeignScanState
{
	ScanState	ss;				/* its first field is NodeTag */
	List	   *fdw_recheck_quals;	/* original quals not in ss.ps.qual */
	/* use struct pointer to avoid including fdwapi.h here */
	struct FdwRoutine *fdwroutine;
	void	   *fdw_state;		/* foreign-data wrapper can keep state here */
} ForeignScanState;

ForeignScan节点的执行(ExecForeignScan 函数)通过将ForeignNext传递给 ExecScan函数处理来实现的。ForeignNext实际则是调用fdwroutine->IterateForeignScan在外部数据源上扫描每次获得一个元组。

关于函数ForeignRecheck，还记得上面说的fdw_recheck_quals字段么？这里调用ExecQual函数使用fdw_recheck_quals字段中的条件来做recheck。

最后，扫描结束后，调用fdwroutine->EndForeignScan关闭扫描，并且关闭外部表ExecCloseScanRelation(node->ss.ss_currentRelation)。

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14.CustomScan节点

从Custom这个单词我们就可以知道，这是postgres开放的自定义Scan方法的接口。这个节点只提供了一个空壳子，我们看下：

typedef struct CustomScan
{
	Scan		scan;
	uint32		flags;			/* mask of CUSTOMPATH_* flags, see relation.h */
	List	   *custom_plans;	/* list of Plan nodes, if any */
	List	   *custom_exprs;	/* expressions that custom code may evaluate */
	List	   *custom_private; /* private data for custom code */
	List	   *custom_scan_tlist;		/* optional tlist describing scan
										 * tuple */
	Bitmapset  *custom_relids;	/* RTIs generated by this scan */
	const CustomScanMethods *methods;
} CustomScan;

留给用户自己去扩展，同时，CustomScanState状态节点也是一样，里面只有一些函数指针和预设的一些属性，你可以使用，也可以把CustomScanState作为你要扩展的Scan方法的State的一个属性，可以说还是很灵活的。

因此，不多说这个了，希望能在网上看到关于这方面做扩展的例子~

Scan节点就这么结束了。