Основная идея, заложенная в основу движков семейства `MergeTree` следующая. Когда у вас есть огромное количество данных, которые должны быть вставлены в таблицу, вы должны быстро записать их по частям, а затем объединить части по некоторым правилам в фоновом режиме. Этот метод намного эффективнее, чем постоянная перезапись данных в хранилище при вставке.
ClickHouse поддерживает отдельные операции с партициями, которые работают эффективнее, чем общие операции с этим же результатом над этими же данными. Также, ClickHouse автоматически отсекает данные по партициям там, где ключ партиционирования указан в запросе. Это также увеличивает эффективность выполнения запросов.
Для партиционирования по месяцам используйте выражение `toYYYYMM(date_column)`, где `date_column` — столбец с датой типа [Date](../../data_types/date.md). В этом случае имена партиций имеют формат `"YYYYMM"`.
По умолчанию первичный ключ совпадает с ключом сортировки (который задаётся секцией `ORDER BY`.) Поэтому в большинстве случаев секцию `PRIMARY KEY` отдельно указывать не нужно.
-`index_granularity` — гранулярность индекса. Число строк данных между «засечками» индекса. По умолчанию — 8192. Список всех доступных параметров можно посмотреть в [MergeTreeSettings.h](https://github.com/ClickHouse/ClickHouse/blob/master/dbms/src/Storages/MergeTree/MergeTreeSettings.h).
-`min_merge_bytes_to_use_direct_io` — минимальный объем данных, необходимый для прямого (небуферизованного) чтения/записи (direct I/O) на диск. При слиянии частей данных ClickHouse вычисляет общий объем хранения всех данных, подлежащих слиянию. Если общий объем хранения всех данных для чтения превышает `min_bytes_to_use_direct_io` байт, тогда ClickHouse использует флаг `O_DIRECT` при чтении данных с диска. Если `min_merge_bytes_to_use_direct_io = 0`, тогда прямой ввод-вывод отключен. Значение по умолчанию: `10 * 1024 * 1024 * 1024` байт.
ENGINE MergeTree() PARTITION BY toYYYYMM(EventDate) ORDER BY (CounterID, EventDate, intHash32(UserID)) SAMPLE BY intHash32(UserID) SETTINGS index_granularity=8192
```
В примере мы устанавливаем партиционирование по месяцам.
Также мы задаем выражение для сэмплирования в виде хэша по идентификатору посетителя. Это позволяет псевдослучайным образом перемешать данные в таблице для каждого `CounterID` и `EventDate`. Если при выборке данных задать секцию [SAMPLE](../../query_language/select.md#select-sample-clause), то ClickHouse вернёт равномерно-псевдослучайную выборку данных для подмножества посетителей.
-`date-column` — имя столбца с типом [Date](../../data_types/date.md). На основе этого столбца ClickHouse автоматически создаёт партиции по месяцам. Имена партиций имеют формат `"YYYYMM"`.
При вставке в таблицу создаются отдельные куски данных, каждый из которых лексикографически отсортирован по первичному ключу. Например, если первичный ключ — `(CounterID, Date)`, то данные в куске будут лежать в порядке `CounterID`, а для каждого `CounterID` в порядке `Date`.
Данные, относящиеся к разным партициям, разбиваются на разные куски. В фоновом режиме ClickHouse выполняет слияния (merge) кусков данных для более эффективного хранения. Куски, относящиеся к разным партициям не объединяются. Механизм слияния не гарантирует, что все строки с одинаковым первичным ключом окажутся в одном куске.
Для каждого куска данных ClickHouse создаёт индексный файл, который содержит значение первичного ключа для каждой индексной строки («засечка»). Номера строк индекса определяются как `n * index_granularity`. Максимальное значение `n` равно целой части деления общего числа строк на `index_granularity`. Для каждого столбца "засечки" также записываются для тех же строк индекса, что и первичный ключ. Эти "засечки" позволяют находить данные непосредственно в столбцах.
Разреженный индекс допускает чтение лишних строк. При чтении одного диапазона первичного ключа, может быть прочитано до `index_granularity * 2` лишних строк в каждом блоке данных. В большинстве случаев ClickHouse не теряет производительности при `index_granularity = 8192`.
Разреженность индекса позволяет работать даже с очень большим количеством строк в таблицах, поскольку такой индекс всегда помещается в оперативную память компьютера.
Количество столбцов в первичном ключе не ограничено явным образом. В зависимости от структуры данных в первичный ключ можно включать больше или меньше столбцов. Это может:
- Часто встречаются достаточно длинные (в несколько раз больше `index_granularity`) диапазоны данных с одинаковыми значениями `(a, b)`. Иначе говоря, когда добавление ещё одного столбца позволит пропускать достаточно длинные диапазоны данных.
- Обеспечить дополнительную логику при слиянии кусков данных в движках [CollapsingMergeTree](collapsingmergetree.md#table_engine-collapsingmergetree) и [SummingMergeTree](summingmergetree.md).
Длинный первичный ключ будет негативно влиять на производительность вставки и потребление памяти, однако на производительность ClickHouse при запросах `SELECT` лишние столбцы в первичном ключе не влияют.
В этом сценарии имеет смысл оставить в первичном ключе всего несколько столбцов, которые обеспечат эффективную фильтрацию по индексу, а остальные столбцы-измерения добавить в выражение ключа сортировки.
[ALTER ключа сортировки](../../query_language/alter.md) — лёгкая операция, так как при одновременном добавлении нового столбца в таблицу и ключ сортировки не нужно изменять данные кусков (они остаются упорядоченными и по новому выражению ключа).
Для запросов `SELECT` ClickHouse анализирует возможность использования индекса. Индекс может использоваться, если в секции `WHERE/PREWHERE`, в качестве одного из элементов конъюнкции, или целиком, есть выражение, представляющее операции сравнения на равенства, неравенства, а также `IN` или `LIKE`с фиксированным префиксом, над столбцами или выражениями, входящими в первичный ключ или ключ партиционирования, либо над некоторыми частично монотонными функциями от этих столбцов, а также логические связки над такими выражениями.
Таким образом, обеспечивается возможность быстро выполнять запросы по одному или многим диапазонам первичного ключа. Например, в указанном примере будут быстро работать запросы для конкретного счётчика; для конкретного счётчика и диапазона дат; для конкретного счётчика и даты, для нескольких счётчиков и диапазона дат и т. п.
SELECT count() FROM table WHERE EventDate = toDate(now()) AND CounterID = 34
SELECT count() FROM table WHERE EventDate = toDate(now()) AND (CounterID = 34 OR CounterID = 42)
SELECT count() FROM table WHERE ((EventDate >= toDate('2014-01-01') AND EventDate <= toDate('2014-01-31')) OR EventDate = toDate('2014-05-01')) AND CounterID IN (101500, 731962, 160656) AND (CounterID = 101500 OR EventDate != toDate('2014-05-01'))
ClickHouse будет использовать индекс по первичному ключу для отсечения не подходящих данных, а также ключ партиционирования по месяцам для отсечения партиций, которые находятся в не подходящих диапазонах дат.
Запросы выше показывают, что индекс используется даже для сложных выражений. Чтение из таблицы организовано так, что использование индекса не может быть медленнее, чем full scan.
Чтобы проверить, сможет ли ClickHouse использовать индекс при выполнении запроса, используйте настройки [force_index_by_date](../settings/settings.md#settings-force_index_by_date) и [force_primary_key](../settings/settings.md#settings-force_primary_key).
Ключ партиционирования по месяцам обеспечивает чтение только тех блоков данных, которые содержат даты из нужного диапазона. При этом блок данных может содержать данные за многие даты (до целого месяца). В пределах одного блока данные упорядочены по первичному ключу, который может не содержать дату в качестве первого столбца. В связи с этим, при использовании запроса с указанием условия только на дату, но не на префикс первичного ключа, будет читаться данных больше, чем за одну дату.
### Использование индекса для частично-монотонных первичных ключей
Рассмотрим, например, дни месяца. Они образуют последовательность [монотонную](https://ru.wikipedia.org/wiki/Монотонная_последовательность) в течение одного месяца, но не монотонную на более длительных периодах. Это частично-монотонная последовательность. Если пользователь создаёт таблицу с частично-монотонным первичным ключом, ClickHouse как обычно создаёт разреженный индекс. Когда пользователь выбирает данные из такого рода таблиц, ClickHouse анализирует условия запроса. Если пользователь хочет получить данные между двумя метками индекса, и обе эти метки находятся внутри одного месяца, ClickHouse может использовать индекс в данном конкретном случае, поскольку он может рассчитать расстояние между параметрами запроса и индексными метками.
ClickHouse не может использовать индекс, если значения первичного ключа в диапазоне параметров запроса не представляют собой монотонную последовательность. В этом случае ClickHouse использует метод полного сканирования.
ClickHouse использует эту логику не только для последовательностей дней месяца, но и для любого частично-монотонного первичного ключа.
Для использования требуется установить настройку `allow_experimental_data_skipping_indices` в 1. (запустить `SET allow_experimental_data_skipping_indices = 1`).
Индексы агрегируют для заданного выражения некоторые данные, а потом при `SELECT` запросе используют для пропуска блоков данных (пропускаемый блок состоит из гранул данных в количестве равном гранулярности данного индекса), на которых секция `WHERE` не может быть выполнена, тем самым уменьшая объем данных читаемых с диска.
-`minmax` — Хранит минимум и максимум выражения (если выражение - `tuple`, то для каждого элемента `tuple`), используя их для пропуска блоков аналогично первичному ключу.
-`set(max_rows)` — Хранит уникальные значения выражения на блоке в количестве не более `max_rows` (если `max_rows = 0`, то ограничений нет), используя их для пропуска блоков, оценивая выполнимость `WHERE` выражения на хранимых данных.
-`bloom_filter([false_positive])` — [фильтр Блума](https://en.wikipedia.org/wiki/Bloom_filter) для указанных стоблцов.
Необязательный параметр `false_positive` — это вероятность получения ложноположительного срабатывания. Возможные значения: (0, 1). Значение по умолчанию: 0.025.
Условия в секции `WHERE` содержат вызовы функций, оперирующих со столбцами. Если столбец - часть индекса, ClickHouse пытается использовать индекс при выполнении функции. Для разных видов индексов, ClickHouse поддерживает различные наборы функций, которые могут использоваться индексами.
Индекс `set` используется со всеми функциями. Наборы функций для остальных индексов представлены в таблице ниже.
Function (operator) / Index | primary key | minmax | ngrambf_v1 | tokenbf_v1 | bloom_filter
Функции с постоянным агрументом, который меньше, чем размер ngram не могут использовать индекс `ngrambf_v1` для оптимизации запроса.
Фильтры Блума могут иметь ложнопозитивные срабатывания, следовательно индексы `ngrambf_v1`, `tokenbf_v1` и `bloom_filter` невозможно использовать для оптимизации запросов, в которых результат функции предполается false, например:
Для конкурентного доступа к таблице используется мультиверсионность. То есть, при одновременном чтении и обновлении таблицы, данные будут читаться из набора кусочков, актуального на момент запроса. Длинных блокировок нет. Вставки никак не мешают чтениям.
## TTL для столбцов и таблиц {#table_engine-mergetree-ttl}
Определяет время жизни значений.
Секция `TTL` может быть установлена как для всей таблицы, так и для каждого отдельного столбца. Если установлены оба`TTL`, то ClickHouse использует тот, что истекает раньше.
Таблица должна иметь столбец типа [Date](../../data_types/date.md) или [DateTime](../../data_types/datetime.md). Для установки времени жизни данных, следует использовать операцию со столбцом с временем, например:
Когда срок действия значений в столбце истечет, ClickHouse заменит их значениями по умолчанию для типа данных столбца. Если срок действия всех значений столбцов в части данных истек, ClickHouse удаляет столбец из куска данных в файловой системе.
Секцию `TTL` нельзя использовать для ключевых столбцов.
Когда ClickHouse видит, что некоторые данные устарели, он выполняет внеплановые мёржи. Для управление частотой подобных мёржей, можно задать настройку [merge_with_ttl_timeout](#mergetree_setting-merge_with_ttl_timeout). Если её значение слишком низкое, придется выполнять много внеплановых мёржей, которые могут начать потреблять значительную долю ресурсов сервера.
Если вы выполните запрос `SELECT` между слияниями вы можете получить устаревшие данные. Чтобы избежать этого используйте запрос [OPTIMIZE](../../query_language/misc.md#misc_operations-optimize) перед `SELECT`.
Данные таблиц семейства MergeTree могут храниться на нескольких блочных устройствах. Это может оказаться полезным, например, при неявном разделении данных одной таблицы на "горячие" и "холодные", когда наиболее свежая часть занимает малый объем и запрашивается регулярно, а большой хвост исторических данных запрашивается редко. При наличии в системе нескольких дисков, "горячая" часть данных может быть размещена на быстрых дисках (NVMe SSDs или даже в памяти), а холодная на более медленных (HDD).
Минимальной перемещаемой единицей для MergeTree является кусок (part). Данные одного куска могут находится только на одном диске. Куски могут перемещаться между дисками в фоне, согласно пользовательским настройкам, а также с помощью [ALTER](../../query_language/alter.md#alter_move-partition) запросов.
У всех описанных сущностей, при создании, указываются имена, которые будут отражены в системных таблицах [system.storage_policies](../system_tables.md#system_tables-storage_policies) и [system.disks](../system_tables.md#system_tables-disks). Имя политики хранения используется как настройка у таблиц семейства MergeTree.
Диски, тома и политики хранения задаются внутри тега `<storage_configuration>` в основном файле `config.xml` или в отдельном файле в директории `config.d`. Правила составления данной секции конфигурации имеет следующую структуру:
В приведенном примере, политика `hdd_in_order` реализует прицип [round-robin](https://ru.wikipedia.org/wiki/Round-robin_(%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC)). Так как в политике есть всего 1 том (`single`) все записи производятся на его диски по круговому циклу. Такая политика может быть полезна при наличии в системе нескольких похожих дисков. Политика `moving_from_ssd_to_hdd` полезна при наличии в разных типов дисков. В томе `hot` находится один SSD-диск (`fast_ssd`), а также задается ограничение на максимальный размер куска, который может храниться на этом томе (1GB). Все куски такой таблицы больше 1GB будут записываться сразу на том `cold`, в котором содержится один HDD-диск `disk1`. Также, при заполнении диска `fast_ssd` более чем на 80% данные будут переносится на диск `disk1` фоновым процессом.
Порядок томов в политиках хранения важен, при достижении условий на переполнение тома данные переносятся на следующий. Порядок дисков в томах так же важен, данные пишутся по очереди на каждый из них.
По умолчанию используется политика хранения `default` в которой есть один том и один диск, указанный в `<path>`. В данный момент менять политику хранения после создания таблицы нельзя.
Во всех случаях, кроме мутаций и заморозки партиций, при записи куска выбирается том и диск в соответствии с указанной конфигурацией хранилища:
1. Выбирается первый по порядку том, на котором есть свободное место для записи куска (`unreserved_space > current_part_size`) и который позволяет записывать куски требуемого размера `max_data_part_size_bytes > current_part_size`.
2. Внутри тома выбирается следующий диск после того, на который была предыдущая запись и на котором свободного места больше чем размер куска (`unreserved_space - keep_free_space_bytes > current_part_size`)
Мутации и запросы заморозки партиций в реализации используют [жесткие ссылки](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D1%91%D1%81%D1%82%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%81%D1%8B%D0%BB%D0%BA%D0%B0). Жесткие ссылки между различными дисками не поддерживаются, поэтому в случае таких операций куски размещаются на тех же дисках, что и исходные.
В фоне куски перемещаются между томами на основе информации о занятом месте (настройка `move_factor`) по порядку, в котором указаны тома в конфигурации. Данные никогда не перемещаются с последнего тома и на первый том. Следить за фоновыми перемещениями можно с помощью системных таблиц [system.part_log](../system_tables.md#system_tables-part-log) (поле `type = MOVE_PART`) и [system.parts](../system_tables.md#system_tables-parts) (поля `path` и `disk`). Также подробная информация о перемещениях доступна в логах сервера.
С помощью запроса [ALTER TABLE ... MOVE PART|PARTITION ... TO VOLUME|DISK ...](../../query_language/alter.md#alter_move-partition) пользователь может принудительно перенести кусок или партицию с одного раздела на другой. При этом учитываются все ограничения, указанные для фоновых операций. Запрос самостоятельно инициирует процесс перемещения не дожидаясь фоновых операций. В случае недостатка места или неудовлетворения ограничениям пользователь получит сообщение об ошибке.
Перемещения данных не взаимодействуют с репликацией данных, поэтому на разных репликах одной и той же таблицы могут быть указаны разные политики хранения.
После выполнения фоновых слияний или мутаций старые куски не удаляются сразу, а через некоторое время (табличная настройка `old_parts_lifetime`). Также они не перемещаются на другие тома или диски, поэтому до момента удаления они продолжают учитываться при подсчёте занятого дискового пространства.