ClickHouse/dbms/include/DB/Storages/IStorage.h

#pragma once

#include <Yandex/logger_useful.h>

#include <DB/Core/Defines.h>
#include <DB/Core/Names.h>
#include <DB/Core/NamesAndTypes.h>
#include <DB/Core/Exception.h>
#include <DB/Core/QueryProcessingStage.h>
#include <DB/Parsers/IAST.h>
#include <DB/Parsers/ASTAlterQuery.h>
#include <DB/Interpreters/Settings.h>
#include <DB/Storages/ITableDeclaration.h>
#include <Poco/File.h>
#include <Poco/RWLock.h>


namespace DB
{

class Context;
class IBlockInputStream;
class IBlockOutputStream;

typedef SharedPtr<IBlockOutputStream> BlockOutputStreamPtr;
typedef SharedPtr<IBlockInputStream> BlockInputStreamPtr;
typedef std::vector<BlockInputStreamPtr> BlockInputStreams;


/** Хранилище. Отвечает за:
  * - хранение данных таблицы;
  * - определение, в каком файле (или не файле) хранятся данные;
  * - поиск данных и обновление данных;
  * - структура хранения данных (сжатие, etc.)
  * - конкуррентный доступ к данным (блокировки, etc.)
  */
class IStorage : private boost::noncopyable, public ITableDeclaration
{
public:
	/// Основное имя типа таблицы (например, StorageMergeTree).
	virtual std::string getName() const = 0;

	/** Возвращает true, если хранилище получает данные с удалённого сервера или серверов.
	  */
	virtual bool isRemote() const { return false; }

	/** Возвращает true, если хранилище поддерживает запросы с секцией SAMPLE.
	 */
	virtual bool supportsSampling() const { return false; }

	/** Возвращает true, если хранилище поддерживает запросы с секцией FINAL.
	 */
	virtual bool supportsFinal() const { return false; }
	
	/** Возвращает true, если хранилище поддерживает запросы с секцией PREWHERE.
	 */
	virtual bool supportsPrewhere() const { return false; }

	/** Не дает изменять описание таблицы (в том числе переименовывать и удалять таблицу).
	  * Если в течение какой-то операции структура таблицы должна оставаться неизменной, нужно держать такой лок на все ее время.
	  * Например, нужно держать такой лок на время всего запроса SELECT или INSERT и на все время слияния набора кусков
	  * (но между выбором кусков для слияния и их слиянием структура таблицы может измениться).
	  * NOTE: Это лок на "чтение" описания таблицы. Чтобы изменить описание таблицы, нужно взять TableStructureWriteLock.
	  */
	class TableStructureReadLock
	{
	private:
		friend class IStorage;

		/// Порядок важен.
		Poco::SharedPtr<Poco::ScopedReadRWLock> data_lock;
		Poco::SharedPtr<Poco::ScopedReadRWLock> structure_lock;

		TableStructureReadLock(IStorage & storage, bool lock_structure, bool lock_data)
		:	     data_lock(lock_data      ? new Poco::ScopedReadRWLock(storage.     data_lock) : nullptr),
			structure_lock(lock_structure ? new Poco::ScopedReadRWLock(storage.structure_lock) : nullptr) {}
	};

	typedef Poco::SharedPtr<TableStructureReadLock> TableStructureReadLockPtr;
	typedef std::vector<TableStructureReadLockPtr> TableStructureReadLocks;

	/** Не дает изменять структуру или имя таблицы.
	  * Если в рамках этого лока будут изменены данные в таблице, нужно указать will_modify_data=true.
	  * Это возьмет дополнительный лок, не позволяющий начать ALTER MODIFY.
	  *
	  * WARNING: Вызывать методы из ITableDeclaration нужно под такой блокировкой. Без нее они не thread safe.
	  * WARNING: Чтобы не было дедлоков, нельзя вызывать это метод при захваченном мьютексе в Context.
	  */
	TableStructureReadLockPtr lockStructure(bool will_modify_data)
	{
		TableStructureReadLockPtr res = new TableStructureReadLock(*this, true, will_modify_data);
		if (is_dropped)
			throw Exception("Table is dropped", ErrorCodes::TABLE_IS_DROPPED);
		return res;
	}

	typedef Poco::SharedPtr<Poco::ScopedWriteRWLock> TableStructureWriteLockPtr;
	typedef Poco::SharedPtr<Poco::ScopedWriteRWLock> TableDataWriteLockPtr;
	typedef std::pair<TableDataWriteLockPtr, TableStructureWriteLockPtr> TableFullWriteLockPtr;

	/** Не дает читать структуру таблицы. Берется для ALTER, RENAME и DROP.
	  */
	TableFullWriteLockPtr lockForAlter()
	{
		return std::make_pair(lockDataForAlter(), lockStructureForAlter());
	}

	/** Не дает изменять данные в таблице. (Более того, не дает посмотреть на структуру таблицы с намерением изменить данные).
	  * Берется на время записи временных данных в ALTER MODIFY.
	  * Под этим локом можно брать lockStructureForAlter(), чтобы изменить структуру таблицы.
	  */
	TableDataWriteLockPtr lockDataForAlter()
	{
		TableDataWriteLockPtr res = new Poco::ScopedWriteRWLock(data_lock);
		if (is_dropped)
			throw Exception("Table is dropped", ErrorCodes::TABLE_IS_DROPPED);
		return res;
	}

	TableStructureWriteLockPtr lockStructureForAlter()
	{
		TableStructureWriteLockPtr res = new Poco::ScopedWriteRWLock(structure_lock);
		if (is_dropped)
			throw Exception("Table is dropped", ErrorCodes::TABLE_IS_DROPPED);
		return res;
	}


	/** Читать набор столбцов из таблицы.
	  * Принимает список столбцов, которых нужно прочитать, а также описание запроса,
	  *  из которого может быть извлечена информация о том, каким способом извлекать данные
	  *  (индексы, блокировки и т. п.)
	  * Возвращает поток с помощью которого можно последовательно читать данные
	  *  или несколько потоков для параллельного чтения данных.
	  * Также в processed_stage записывается, до какой стадии запрос был обработан.
	  * (Обычно функция только читает столбцы из списка, но в других случаях,
	  *  например, запрос может быть частично обработан на удалённом сервере.)
	  *
	  * settings - настройки на один запрос.
	  * Обычно Storage не заботится об этих настройках, так как они применяются в интерпретаторе.
	  * Но, например, при распределённой обработке запроса, настройки передаются на удалённый сервер.
	  *
	  * threads - рекомендация, сколько потоков возвращать,
	  *  если хранилище может возвращать разное количество потоков.
	  *
	  * Гарантируется, что структура таблицы не изменится за время жизни возвращенных потоков (то есть не будет ALTER, RENAME и DROP).
	  */
	virtual BlockInputStreams read(
		const Names & column_names,
		ASTPtr query,
		const Settings & settings,
		QueryProcessingStage::Enum & processed_stage,
		size_t max_block_size = DEFAULT_BLOCK_SIZE,
		unsigned threads = 1)
	{
		throw Exception("Method read is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** Пишет данные в таблицу.
	  * Принимает описание запроса, в котором может содержаться информация о методе записи данных.
	  * Возвращает объект, с помощью которого можно последовательно писать данные.
	  *
	  * Гарантируется, что структура таблицы не изменится за время жизни возвращенных потоков (то есть не будет ALTER, RENAME и DROP).
	  */
	virtual BlockOutputStreamPtr write(
		ASTPtr query)
	{
		throw Exception("Method write is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** Удалить данные таблицы. Вызывается перед удалением директории с данными.
	  * Если не требуется никаких действий, кроме удаления директории с данными, этот метод можно оставить пустым.
	  */
	virtual void drop() {}

	/** Переименовать таблицу.
	  * Переименование имени в файле с метаданными, имени в списке таблиц в оперативке, осуществляется отдельно.
	  * В этой функции нужно переименовать директорию с данными, если она есть.
	  * Вызывается при заблокированной на запись структуре таблицы.
	  */
	virtual void rename(const String & new_path_to_db, const String & new_name)
	{
		throw Exception("Method rename is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** ALTER таблицы в виде изменения столбцов, не затрагивающий изменение Storage или его параметров.
	  * (ALTER, затрагивающий изменение движка, делается внешним кодом, путём копирования данных.)
	  * Вызывается при заблокированной на запись структуре таблицы.
	  * Для ALTER MODIFY можно использовать другие методы (см. ниже).
	  */
	virtual void alter(const ASTAlterQuery::Parameters & params)
	{
		throw Exception("Method alter is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** ALTER MODIFY (изменение типа столбца) выполняется в два вызова:
	  * Сначала вызывается prepareAlterModify при заблокированной записи данных, но незаблокированной структуре таблицы.
	  *  В нем можно выполнить долгую работу по записи сконвертированных данных, оставляя доступными существующие данные.
	  * Потом вызывается commitAlterModify при заблокированной структуре таблицы.
	  *  В нем нужно закончить изменение типа столбца.
	  * Для движков с тривиальным ALTER MODIFY можно оставить реализацию по умолчанию, вызывающую alter.
	  */

	virtual void prepareAlterModify(const ASTAlterQuery::Parameters & params) {}

	virtual void commitAlterModify(const ASTAlterQuery::Parameters & params)
	{
		alter(params);
	}

	/** Выполнить какую-либо фоновую работу. Например, объединение кусков в таблице типа MergeTree.
	  * Возвращает - была ли выполнена какая-либо работа.
	  */
	virtual bool optimize()
	{
		throw Exception("Method optimize is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** Получить запрос CREATE TABLE, который описывает данную таблицу.
	  * Обычно этот запрос хранится и достаётся из .sql файла из директории с метаданными.
	  * Этот метод используется и имеет смысл только если для таблицы не создаётся .sql файл
	  *  - то есть, только для таблиц, которые создаются не пользователем, а самой системой - например, для таблиц типа ChunkRef.
	  */
	virtual ASTPtr getCustomCreateQuery(const Context & context) const
	{
		throw Exception("Method getCustomCreateQuery is not supported by storage " + getName(), ErrorCodes::NOT_IMPLEMENTED);
	}

	/** Если при уничтожении объекта надо сделать какую-то сложную работу - сделать её заранее.
	  * Например, если таблица содержит какие-нибудь потоки для фоновой работы - попросить их завершиться и дождаться завершения.
	  * По-умолчанию - ничего не делать.
	  * Может вызываться одновременно из разных потоков, даже после вызова drop().
	  */
	virtual void shutdown() {}

	/** Возвращает владеющий указатель на себя.
	  */ 
	std::shared_ptr<IStorage> thisPtr()
	{
		std::shared_ptr<IStorage> res = this_ptr.lock();
		if (!res)
		{
			res.reset(this);
			this_ptr = res;
		}
		return res;
	}

	bool is_dropped;

protected:
	IStorage() : is_dropped(false) {}

private:
	std::weak_ptr<IStorage> this_ptr;

	/// Брать следующие два лока всегда нужно в этом порядке.

	/** Берется на чтение на все время запроса INSERT и на все время слияния кусков (для MergeTree).
	  * Берется на запись на все время ALTER MODIFY.
	  *
	  * Формально:
	  * Ввзятие на запись гарантирует, что:
	  *  1) данные в таблице не изменится, пока лок жив,
	  *  2) все изменения данных после отпускания лока будут основаны на структуре таблицы на момент после отпускания лока.
	  * Нужно брать на чтение на все время операции, изменяющей данные.
	  */
	mutable Poco::RWLock data_lock;

	/** Лок для множества столбцов и пути к таблице. Берется на запись в RENAME, ALTER (для ALTER MODIFY ненадолго) и DROP.
	  * Берется на чтение на все время SELECT, INSERT и слияния кусков (для MergeTree).
	  *
	  * Взятие этого лока на запись - строго более "сильная" операция, чем взятие parts_writing_lock на запись.
	  * То есть, если этот лок взят на запись, о parts_writing_lock можно не заботиться.
	  * parts_writing_lock нужен только для случаев, когда не хочется брать table_structure_lock надолго (ALTER MODIFY).
	  */
	mutable Poco::RWLock structure_lock;
};

typedef std::shared_ptr<IStorage> StoragePtr;
typedef std::vector<StoragePtr> StorageVector;
typedef IStorage::TableStructureReadLocks TableLocks;

}