Один COALESCE в условии способен превратить быстрый Hash Join в мучительно долгий Nested Loop. Убрать оператор COALESCE — и оценка стоимости плана упадёт в десятки раз, а запрос отработает мнгновенно. В данных при этом не меняется ничего: та же колонка, та же статистика, та же селективность, просто без COALESCE планировщик её видит, а с ним — перестаёт видеть.

В этой статье обсудим, как один COALESCE в JOIN роняет план, почему PostgreSQL теряет на нём оценку, а также посмотрим на патч, который учит планировщик считать селективность COALESCE из имеющейся статистики.

Предыстория

Клиент жаловался на долгое закрытие месяца в 1С. По логам почти всё время съедали запросы. Планировщик упорно выбирал Nested Loop там, где напрашивался Hash Join. Идти через hash join получалось только с помощью SET enable_nestloop = off — но это временная затычка, так как глобально ломать nested loop на боевой базе нельзя.

Дело было в условии соединения. Ключи сравнивались через COALESCE(..., '\xff') — типичный для 1С приём «NULL‑безопасного» сравнения:

... AND COALESCE(t.col, '\xff') = COALESCE(r.col, '\xff')

Одна из таких колонок — высокоселективная (n_distinct ≈ -0.59, то есть около 60% значений уникальны), но её нет в индексе, по которому идёт nested loop. Из‑за этого NL перебирал кучу строк и отбрасывал их фильтром. А hash join, который тут был бы дешёвым, планировщик оценивал абсурдно дорого: cost 21766 против cost 1330 у nested loop — и, естественно, выбирал nested loop.

Ключевой момент: стоит убрать COALESCE с этой одной колонки...

... AND t.col = r.col

..и стоимость hash join падает с 21766 до 765. Планировщик тут же выбирает его сам, и запрос отрабатывает быстро. Данные, селективность, распределение — всё то же самое; изменилось лишь то, что теперь планировщик их видит, а сквозь COALESCE — нет.

Данных планировщику хватает — статистика по обеим колонкам собрана; вот только привязана она к колонкам, а не к выражению COALESCE(...). Не найдя статистики, планировщик берёт дефолт и промахивается.

Полминуты матчасти: eqsel и eqjoinsel

Прежде чем выбрать план, планировщик оценивает селективность каждого условия, то есть какую долю строк оно пропустит. Ошибка в оценке — и выбирается заведомо плохой план: не тот порядок соединений, nested loop там, где напрашивается hash join, и запрос становится медленнее. Для равенства есть два штатных оценщика в src/backend/utils/adt/selfuncs.c:

• eqsel — restriction‑селективность, условие вида expr = const или expr = expr в пределах одной таблицы;

• eqjoinsel — join‑селективность, условие соединения двух отношений.

Оба опираются на статистику из pg_statistic: список наиболее частых значений (MCV), гистограмму, stanullfrac (доля NULL), оценку числа уникальных значений (ndistinct). Когда статистика есть — оценки хорошие. Когда её нет — начинается самое интересное.

Слепое пятно: COALESCE

COALESCE(a, b, c) возвращает первый не‑NULL аргумент. Планировщик не знает об этом выражении: examine_variable() не находит по нему статистики, get_variable_numdistinct() возвращает флаг isdefault, и оценщик сваливается в дефолт.

Вот наглядный случай. Две таблицы по 100k строк, соединение по вложенному COALESCE:

CREATE TABLE a (x1 int, x2 int, y int);CREATE TABLE b (w int);
INSERT INTO a (x1, x2, y)
SELECT 
CASE WHEN i % 3 = 0 THEN NULL ELSE i % 1000 END,
CASE WHEN i % 3 = 0 
THEN i % 500
ELSE NULL END,
i % 200 FROM generate_series(1, 100000) i;
INSERT INTO b (w) SELECT i % 1000 FROM generate_series(1, 100000) i;

CREATE INDEX a_coalesce_x1x2_idx ON a (COALESCE(x1, x2));ANALYZE a, b;
EXPLAIN ANALYZESELECT * FROM a JOIN b ON COALESCE(COALESCE(a.x1, a.x2), a.y) = b.w;

На неизменённом планировщике:

Hash Join  (cost=... rows=66488333 ...) (actual ... rows=10000000 ...)
Hash Cond: (COALESCE(COALESCE(a.x1, a.x2), a.y) = b.w)

Оценка — 66 млн строк против фактических 10 млн. Ошибка более чем в шесть раз, и это на ровном месте: все нужные распределения у планировщика есть, он просто не умеет их сложить для COALESCE.

Идея: разложить COALESCE по веткам

COALESCE(l₁, …, l_M) возвращает первую ветку, которая не NULL. Значит, до ветки с номером i дело доходит только тогда, когда все ветки перед ней оказались NULL. Вероятность этого — просто произведение долей NULL у всех предыдущих:

P(дойти до i) = stanullfrac(l₁) · stanullfrac(l₂) · … · stanullfrac(l_{i-1})

Теперь — равенство двух COALESCE. Левый оператор в итоге равен какому‑то значению l_i, правый — какому‑то r_j. Равенство распадается на сумму по всем парам: для каждой берём вероятность, что левое значение равено l_i, правое — r_j, и l_i = r_j:

sel(COALESCE(l₁..l_M) = COALESCE(r₁..r_N)) 
    = Σ_{i,j}  P(дойти до i) · P(дойти до j) · sel(l_i = r_j)

Внутренняя sel(l_i = r_j) — это обычное равенство двух простых выражений, для которого у планировщика есть статистика. Дальше просто рекурсивно вызываем тот же eqsel/eqjoinsel.

Про допущение: мы считаем, что «дотянуться до i слева» и «дотянуться до j справа» — независимые события, и что распределение значений не зависит от того, что предыдущие значения оказались NULL. Это приближение. Но оно заметно лучше дефолта, а на простых случаях, когда значения вообще без NULL или это константа, даёт точный ответ.

Реализация

Весь код находится в selfuncs.c и подключается к штатным оценщикам одной точкой: в начале eqsel (restriction) и eqjoinsel (join) добавлен ранний вызов. Если хотя бы одна сторона равенства обёрнута в COALESCE, управление уходит в общую функцию разбора; если COALESCE в условии нет — всё идёт по‑старому, накладных расходов ноль.

Дальше эта функция делает ровно то, что описано в идее выше:

• разбирает COALESCE на ветки — снимает служебные обёртки приведения типов, выбрасывает заведомо‑NULL константы и обрывает список на первой не‑NULL константе (всё, что стоит после неё, недостижимо);

• взвешивает каждую ветку — вероятностью до неё «дотянуться», то есть произведением долей NULL у всех предыдущих веток; эти доли берутся прямо из stanullfrac в статистике колонок;

• суммирует по парам веток — для каждой пары спрашивает у обычного eqsel/eqjoinsel селективность простого равенства и умножает на веса обеих веток. Пару «константа = константа» считает сразу, вызвав оператор.

Ключевой принцип — не гадать: если хотя бы у одной ветки нет статистики, функция выходит, и оценка остаётся ровно такой, какой была без патча. Патч либо уточняет оценку, либо не вмешивается вовсе.

Почему <> считается через =

Для <> PostgreSQL считает не «напрямую», а через равенство: sel(<>) = 1 − sel(=) − nullfrac. Здесь nullfrac — доля строк, на которых всё условие даёт NULL: оператор строгий, если хотя бы один операнд NULL, результат тоже NULL:

clause_nullfrac = 1 − (1 − left_nullfrac) · (1 − right_nullfrac)

Пример: слева 20% NULL, справа 30% NULL. Обе стороны одновременно не NULL только на 0.8 · 0.7 = 56% строк. Значит, хотя бы одна сторона NULL на 1 − 0.56 = 44%. Это и есть clause_nullfrac.

Дальше все строки делятся на три исхода: равенство истинно (sel), равенство ложно, либо всё NULL. Отсюда:

clause_nullfrac = 1.0 - (1.0 - left_nullfrac) * (1.0 - right_nullfrac);
acc_selec = 1.0 - acc_selec - clause_nullfrac;

Если колонка a без NULL, то COALESCE(a, 1) тождественно a, и оценки a <> 5 и COALESCE(a, 1) <> 5 обязаны совпадать. На ревью они расходились почти в 9 раз. Причина — ветка <> уходила в разложение COALESCE, но нигде не переводилась в оператор‑негатор. Отсюда и появились параметр negate, get_negator и подсчёт side_nullfrac.

Хеш‑джойн: размер бакета

Оценки селективности мало — для hash join планировщику нужна ещё оценка размера бакета (estimate_hash_bucket_stats). Если ключ хеширования — COALESCE, то ndistinct снова приходит дефолтным, и оценка бакета уезжает.

Здесь патч делает две вещи. Во‑первых, выносит подсчёт частоты самого частого значения в отдельную функцию get_variable_mcv_freq. Во‑вторых, добавляет hash_bucket_stats_coalesce_dispatch: когда ndistinct дефолтный, а ключ — COALESCE, оценка ndistinct и частоты MCV собирается из per‑branch статистик, взвешенных теми же префиксными вероятностями, и масштабируется через rows/tuples.

Было и стало

Несколько условий с COALESCE под EXPLAIN ANALYZE — оценка планировщика без патча и с патчем против фактического числа строк:

Как видно из таблицы, без патча оценка ошибочна в разы, а с патчем почти совпадает с фактической.

Статус и ссылки

Патч проходит ревью в pgsql‑hackers и заведён в коммитфест [обсуждение].

Если у вас так же есть боевые запросы, где COALESCE в условии соединения ломает план, — интересно увидеть их в комментариях

Егор Савельев, «Тантор Лабс»