掌握PostgreSQL：从基础到进阶 - 第24讲：TOAST技术详解

PostgreSQL从小白到专家，是从入门逐渐能力提升的一个系列教程，内容包括对PG基础的认知、包括安装使用、包括角色权限、包括维护管理、、等内容，希望对热爱PG、学习PG的同学们有帮助，欢迎持续关注CUUG PG技术大讲堂。

第24讲：TOAST技术

内容1 : Toast简介

内容2 : Toast的存储方式

内容3 : Toast4种压缩策略

内容4 : Toast表的计算方式

内容5 : Toast表的优点与缺点

内容6 : 与Oracle大对象存储方式对比

Toast简介

· Toast技术产生背景

元组不允许跨页面存储

· TOST技术特点

Toast是超长字段在PG的一个存储方式

全称The OverSized Attribute Storage Technique(超尺寸字段存储技术)

它会将大字段值压缩或者分散为多个物理行来存储

对于用户来说不用关注这一技术实现，完全是透明的

Toast的存储方式

· PG的部分类型数据支持toast，因为有些字段类型是不会产生大字段数据(比如date,time,boolean等)

· 支持Toast的数据类型应当是可变长度的(variable-length)

· 表中任何一个字段有Toast，这个表都会有这一个相关联的Toast表，OID被存储在pg_class.reltoastrelid里

· 超出的的数值将会被分割成chunks，并且最多toast_max_chunk_size 个byte(缺省是2KB)

· 当存储的列长度超过toast_tuple_threshold值(通常是2KB)，就会触发toast存储

· toast将会压缩或者移动字段值直到超出部分比toast_tuple_targer值小(这个值通常也是2KB)。

建表时自动创建Toast表

--创建表

create table toast_t(id int,vname varchar(48),remark text);

--其中remak数据类型是text，列值长度超过2KB则就会自动产生toast表来存储。

更改表的存储方式为Toast

语法：

ALTER TABLE toast_t ALTER COLUMN vname

SET STORAGE {PLAIN | EXTENDED | MAIN | EXTERNAL};

示例：

create table toast_t1(dd character varying);

alter table toast_t1 alter column dd set storage main;

/d+ toast_1

Column | Type | Storage |

--------+-----+---------+-

dd | character varying | main |

Access method: heap

查看Toast表的名字

--查看tost表的oid

testdb=# select relname,relfilenode,reltoastrelid from pg_class where relname='toast_t1';

relname | relfilenode | reltoastrelid

----------+-------------+---------------

toast_t1 | 16385 | 16389

--根据tost表oid查看其名字

testdb=# select relname from pg_class where oid = '16389';

relname

----------------

pg_toast_16385

Toast4种策略

策略：PLAIN

说明：避免压缩和行外存储。

只有那些不需要 TOAST 策略就能存放的数据类型允许选择(例如 int 类型)，而对于 text 这类要求存储长度超过页大小的类型，是不允许采用此策略的。

策略：MAIN

说明：允许压缩，但不许行外存储。

不过实际上，为了保证过大数据的存储，行外存储在其它方式(例如压缩)都无法满足需求的情况下，作为最后手段还是会被启动。因此理解为尽量不使用行外存储更贴切。

策略：EXTENDED

说明：允许行外存储和压缩。

一般会先压缩，如果还是太大，就会行外存储

策略：EXTERNA

说明：允许行外存储，但不许压缩。

类似字符串这种会对数据的一部分进行操作的字段，采用此策略可能获得更高的性能，因为不需要读取出整行数据再解压。

Toast表额外的三个字段

字段名：chunk_id

属性：标识TOAST表的OID字段

字段名：chunk_seq

属性：chunk的序列号，与chunk_id的组合唯一索引可以加速访问

字段名：chunk_data

属性：存储TOAST表的实际数据

--查看tost表oid

testdb=# select relname,oid,rreltoastrelid from pg_class where relname='toast_t1';

relname | relfilenode | reltoastrelid

----------+-------------+---------------

toast_t1 | 16385 | 16389

--查看tost表结构，tost表属于pg_tost模式

testdb=# \d+ pg_toast.pg_toast_16385

Column | Type | Storage

------------+---------+---------

chunk_id | oid | plain

chunk_seq | integer | plain

chunk_data | bytea | plain

Toast表的计算

计算一个表的大小时要注意统计Toast的大小，因为对超长字段存储时，在基础表上可能只存了20%，另外的数据都存到了Toast里面去了，计算大小时要结合起来看

索引也是一样，对于表里有extended或者EXTERNA 类型的会创建Toast表，两者的关联是通过pg_class里的OID去关联的

· Toast表的计算案例(一)

testdb=# create table toast_t(id int,vname varchar(48),remark text);

CREATE TABLE

testdb=# select relname,oid from pg_class where relname = 'toast_t';

relname | oid

---------+-------

toast_t | 16392

testdb=# select relname,reltoastrelid from pg_class where relname = 'toast_t';

relname | reltoastrelid

---------+---------------

toast_t | 16395

testdb=# select relname from pg_class where oid = '16395';

relname

----------------

pg_toast_16392

· Toast表的计算案例(二)

--插入数据，此时remark列值长度小于2KB，所以不会触发tost存储：

insert into toast_t

select generate_series(1,4),repeat('kenyon here'||'^_^',2),repeat('^_^ Kenyon is not God,Remark here!!',2000);

--查看表中列值大小：

testdb=# select pg_column_size(id),pg_column_size(vname),pg_column_size(remark) from toast_t limit 10;

pg_column_size | pg_column_size | pg_column_size

----------------+----------------+----------------

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

· Toast表的计算案例(三)

--查看基础表和 Toast 的大小

testdb=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('toast_t'));

pg_size_pretty

----------------

8192 bytes

--查看tost表尺寸

testdb=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('16395'));

pg_size_pretty

----------------

0 bytes

此时remark列值长度小于2KB，所以不会触发tost存储。

· Toast表的计算案例(四)

--remark列值超过 2kb 左右时触发了tost存储方式

insert into toast_t select generate_series(3,4),repeat('kenyon here'||'^_^',2),repeat('^_^ Kenyon is not God,Remark here!!',5500);

testdb=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('16395'));

pg_size_pretty

----------------

8192 bytes

· Toast表的计算案例(五)

--查看各列的数据变化，说明在列尺寸超过2k的时候就会把数据存放到toast表中：

testdb=# select pg_column_size(id),pg_column_size(vname),pg_column_size(remark) from toast_t;

pg_column_size | pg_column_size | pg_column_size

----------------+----------------+----------------

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

4 | 29 | 851

4 | 29 | 1651

4 | 29 | 1651

4 | 29 | 2247

4 | 29 | 2247

· Toast表的计算案例(六)

--继续插入更多的数据：

insert into toast_t select generate_series(1,2),repeat('kenyon here'||'^_^',2),repeat('^_^ Kenyon is not God,Remark here!!',10000);

--查看toast表大小：

testdb=# select pg_size_pretty(pg_relation_size('16395'));

pg_size_pretty

----------------

16 kB

--继续插入更多的数据，20000

可以看到后插入的数据随着字段内容的增多，toast 段一直在变大。基础表的大小没有变化。这个和 Oracle 存储的大字段内容比较像，Oracle 存储 Blob和clob 类的数据时也是指定另外的 segment 来存储，而不是在原表中存储，当然可以设置 enable storage in row 来指定表中存储

Toast表的优点

1.可以存储超长超大字段，避免之前不能直接存储的限制

2.物理上与普通表是分离的，检索查询时不检索到该字段会极大地加快速度

3.更新普通表时，该表的Toast数据没有被更新时，不用去更新Toast表

Toast表的缺点

1.对大字段的索引创建是一个问题，有可能会失败，通常不建议在大字段上创建，全文检索是一个解决方案

2.大字段的更新会有点慢，其它DB也存在相同问题

Oracle大对象段存储特点

11g版本中推出了针对 LOB字段处理的新技术：SecureFiles

该技术在性能、可管理性、易用性等方面，具有如下具体特点和优势：

· 提供数据去重、压缩和透明加密功能

· SecureFiles不仅可以有效降低LOB字段存储空间消耗，提高了访问效率，而且提高了LOB字段的数据安全性。

以上述某系统为例，我们将其中一个100GB的LOB字段转换为SecureFiles，并采用压缩技术之后，最终只消耗30GB空间，大大压缩了存储空间。

·新的网络协议

SecureFiles提供一种新的Client/Server方式的内部读写机制，有效提高了大量数据传输的效率。

· 简化物理属性设计和管理

SecureFiles提供了大量自动化的物理属性机制，免去了大量物理属性设计和管理工作。例如：CHUNK属性为可变长，最大能支持到64M;Oracle能自动进行碎片整理;

· SecureFiles还自动进行redo和undo的管理，避免大量不必要的redo和 undo信息的产生。

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