Улучшить производительность SQLite в секунду в секунду?

Оптимизировать SQLite сложно. Массовая вставка приложения C может варьироваться от 85 вставок в секунду до более 96 000 вставок в секунду!

Справочная информация: Мы используем SQLite как часть настольного приложения. У нас есть большие объемы данных конфигурации, хранящихся в файлах XML, которые анализируются и загружаются в базу данных SQLite для дальнейшей обработки при инициализации приложения. SQLite идеально подходит для этой ситуации, поскольку он быстрый, не требует специальной настройки, а база данных хранится на диске в виде одного файла.

Обоснование: Сначала я был разочарован тем, что увидел. Оказывается, что производительность SQLite может значительно различаться (как для массовых вставок, так и для выборок) в зависимости от того, как настроена база данных и как вы используете API. Было непросто выяснить, каковы были все варианты и методы, поэтому я подумал, что было бы разумно создать эту вики-статью сообщества, чтобы поделиться результатами с читателями Qaru, чтобы избавить других от проблем, связанных с теми же исследованиями.

Эксперимент: Вместо того, чтобы просто говорить о советах по повышению производительности в общем смысле (т.е. "Использовать транзакцию!"), Я подумал, что лучше написать некоторый код на C и фактически измерить влияние различных вариантов. Начнем с простых данных:

• Текстовый файл с разделением табуляции в 28 МБ (приблизительно 865 000 записей) полного расписания для города Торонто
• Мой тестовый компьютер - 3,60 ГГц P4 под управлением Windows XP.
• Код скомпилирован с Visual C++ 2005 как "Release" с "Full Optimization" (/Ox) и Favor Fast Code (/Ot).
• .Я использую SQLite "Amalgamation", скомпилированный непосредственно в мое тестовое приложение. Моя версия SQLite немного старше (3.6.7), но я подозреваю, что эти результаты будут сопоставимы с последним выпуском (пожалуйста, оставьте комментарий, если вы думаете иначе).

Давай напишем какой-нибудь код!

Код: Простая программа на Си, которая построчно читает текстовый файл, разбивает строку на значения и затем вставляет данные в базу данных SQLite. В этой "базовой" версии кода база данных создана, но мы не будем вставлять данные:

/*************************************************************
    Baseline code to experiment with SQLite performance.

    Input data is a 28 MB TAB-delimited text file of the
    complete Toronto Transit System schedule/route info
    from http://www.toronto.ca/open/datasets/ttc-routes/

**************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include "sqlite3.h"

#define INPUTDATA "C:\\TTC_schedule_scheduleitem_10-27-2009.txt"
#define DATABASE "c:\\TTC_schedule_scheduleitem_10-27-2009.sqlite"
#define TABLE "CREATE TABLE IF NOT EXISTS TTC (id INTEGER PRIMARY KEY, Route_ID TEXT, Branch_Code TEXT, Version INTEGER, Stop INTEGER, Vehicle_Index INTEGER, Day Integer, Time TEXT)"
#define BUFFER_SIZE 256

int main(int argc, char **argv) {

    sqlite3 * db;
    sqlite3_stmt * stmt;
    char * sErrMsg = 0;
    char * tail = 0;
    int nRetCode;
    int n = 0;

    clock_t cStartClock;

    FILE * pFile;
    char sInputBuf [BUFFER_SIZE] = "\0";

    char * sRT = 0;  /* Route */
    char * sBR = 0;  /* Branch */
    char * sVR = 0;  /* Version */
    char * sST = 0;  /* Stop Number */
    char * sVI = 0;  /* Vehicle */
    char * sDT = 0;  /* Date */
    char * sTM = 0;  /* Time */

    char sSQL [BUFFER_SIZE] = "\0";

    /*********************************************/
    /* Open the Database and create the Schema */
    sqlite3_open(DATABASE, &db);
    sqlite3_exec(db, TABLE, NULL, NULL, &sErrMsg);

    /*********************************************/
    /* Open input file and import into Database*/
    cStartClock = clock();

    pFile = fopen (INPUTDATA,"r");
    while (!feof(pFile)) {

        fgets (sInputBuf, BUFFER_SIZE, pFile);

        sRT = strtok (sInputBuf, "\t");     /* Get Route */
        sBR = strtok (NULL, "\t");            /* Get Branch */
        sVR = strtok (NULL, "\t");            /* Get Version */
        sST = strtok (NULL, "\t");            /* Get Stop Number */
        sVI = strtok (NULL, "\t");            /* Get Vehicle */
        sDT = strtok (NULL, "\t");            /* Get Date */
        sTM = strtok (NULL, "\t");            /* Get Time */

        /* ACTUAL INSERT WILL GO HERE */

        n++;
    }
    fclose (pFile);

    printf("Imported %d records in %4.2f seconds\n", n, (clock() - cStartClock) / (double)CLOCKS_PER_SEC);

    sqlite3_close(db);
    return 0;
}

"Контроль"

Выполнение кода "как есть" на самом деле не выполняет никаких операций с базой данных, но даст нам представление о том, насколько быстры операции ввода-вывода и обработки строк в необработанном C файле.

Импортировано 864913 записей в 0,94 секунд

Большой! Мы можем сделать 920 000 вставок в секунду, при условии, что мы фактически не делаем никаких вставок: -)

"Наихудший случай-сценарий"

Мы собираемся сгенерировать строку SQL, используя значения, считанные из файла, и вызвать эту операцию SQL, используя sqlite3_exec:

sprintf(sSQL, "INSERT INTO TTC VALUES (NULL, '%s', '%s', '%s', '%s', '%s', '%s', '%s')", sRT, sBR, sVR, sST, sVI, sDT, sTM);
sqlite3_exec(db, sSQL, NULL, NULL, &sErrMsg);

Это будет медленно, потому что SQL будет скомпилирован в код VDBE для каждой вставки, и каждая вставка будет происходить в своей собственной транзакции. Как медленно?

Импортировано 864913 записей в 9933,61 секунд

Хлоп! 2 часа 45 минут! Это только 85 вставок в секунду.

Использование транзакции

По умолчанию SQLite оценивает каждый оператор INSERT/UPDATE в пределах уникальной транзакции. Если выполняется большое количество вставок, рекомендуется заключить вашу операцию в транзакцию:

sqlite3_exec(db, "BEGIN TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);

pFile = fopen (INPUTDATA,"r");
while (!feof(pFile)) {

    ...

}
fclose (pFile);

sqlite3_exec(db, "END TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);

Импортировано 864913 записей за 38.03 секунд

Что лучше. Простое объединение всех наших вставок в одну транзакцию улучшило нашу производительность до 23 000 вставок в секунду.

Использование подготовленного оператора

Использование транзакции было огромным улучшением, но перекомпиляция оператора SQL для каждой вставки не имеет смысла, если мы используем один и тот же SQL снова и снова. Давайте использовать sqlite3_prepare_v2, чтобы скомпилировать наш оператор SQL один раз, а затем связать наши параметры с этим оператором, используя sqlite3_bind_text:

/* Open input file and import into the database */
cStartClock = clock();

sprintf(sSQL, "INSERT INTO TTC VALUES (NULL, @RT, @BR, @VR, @ST, @VI, @DT, @TM)");
sqlite3_prepare_v2(db,  sSQL, BUFFER_SIZE, &stmt, &tail);

sqlite3_exec(db, "BEGIN TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);

pFile = fopen (INPUTDATA,"r");
while (!feof(pFile)) {

    fgets (sInputBuf, BUFFER_SIZE, pFile);

    sRT = strtok (sInputBuf, "\t");   /* Get Route */
    sBR = strtok (NULL, "\t");        /* Get Branch */
    sVR = strtok (NULL, "\t");        /* Get Version */
    sST = strtok (NULL, "\t");        /* Get Stop Number */
    sVI = strtok (NULL, "\t");        /* Get Vehicle */
    sDT = strtok (NULL, "\t");        /* Get Date */
    sTM = strtok (NULL, "\t");        /* Get Time */

    sqlite3_bind_text(stmt, 1, sRT, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 2, sBR, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 3, sVR, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 4, sST, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 5, sVI, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 6, sDT, -1, SQLITE_TRANSIENT);
    sqlite3_bind_text(stmt, 7, sTM, -1, SQLITE_TRANSIENT);

    sqlite3_step(stmt);

    sqlite3_clear_bindings(stmt);
    sqlite3_reset(stmt);

    n++;
}
fclose (pFile);

sqlite3_exec(db, "END TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);

printf("Imported %d records in %4.2f seconds\n", n, (clock() - cStartClock) / (double)CLOCKS_PER_SEC);

sqlite3_finalize(stmt);
sqlite3_close(db);

return 0;

Импортировано 864913 записей в 16.27 секунд

Приятно! Там немного больше кода (не забудьте назвать sqlite3_clear_bindings и sqlite3_reset), но мы более чем удвоили нашу производительность до 53 000 вставок в секунду.

PRAGMA синхронно = ВЫКЛ

По умолчанию SQLite приостанавливается после выдачи команды записи на уровне ОС. Это гарантирует, что данные будут записаны на диск. Установив synchronous = OFF, мы инструктируем SQLite просто передать данные в ОС для записи и затем продолжить. Существует вероятность того, что файл базы данных может быть поврежден в случае катастрофического сбоя (или сбоя питания) компьютера перед записью данных на диск:

/* Open the database and create the schema */
sqlite3_open(DATABASE, &db);
sqlite3_exec(db, TABLE, NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "PRAGMA synchronous = OFF", NULL, NULL, &sErrMsg);

Импортировано 864913 записей в 12.41 секунд

Улучшения теперь меньше, но мы достигаем 69 600 вставок в секунду.

PRAGMA journal_mode = MEMORY

Рассмотрите возможность сохранения журнала отката в памяти, оценивая PRAGMA journal_mode = MEMORY. Ваша транзакция будет быстрее, но если вы потеряете энергию или ваша программа выйдет из строя во время транзакции, ваша база данных может остаться в поврежденном состоянии с частично завершенной транзакцией:

/* Open the database and create the schema */
sqlite3_open(DATABASE, &db);
sqlite3_exec(db, TABLE, NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "PRAGMA journal_mode = MEMORY", NULL, NULL, &sErrMsg);

Импортировано 864913 записей в 13.50 секунд

Немного медленнее, чем предыдущая оптимизация при 64 000 вставок в секунду.

PRAGMA синхронно = OFF и PRAGMA journal_mode = MEMORY

Давайте объединим две предыдущие оптимизации. Это немного более рискованно (в случае сбоя), но мы просто импортируем данные (не управляя банком):

/* Open the database and create the schema */
sqlite3_open(DATABASE, &db);
sqlite3_exec(db, TABLE, NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "PRAGMA synchronous = OFF", NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "PRAGMA journal_mode = MEMORY", NULL, NULL, &sErrMsg);

Импортировано 864913 записей в 12.00 секунд

Фантастика! Мы можем сделать 72 000 вставок в секунду.

Использование базы данных в памяти

Для простоты позвольте основываться на всех предыдущих оптимизациях и переопределить имя файла базы данных, чтобы мы полностью работали в оперативной памяти:

#define DATABASE ":memory:"

Импортировано 864913 записей в 10,94 секунд

Хранить нашу базу данных в ОЗУ не супер практично, но впечатляет, что мы можем выполнять 79 000 операций вставки в секунду.

Рефакторинг кода С

Хотя это и не улучшение SQLite, мне не нравятся дополнительные операции присваивания char* в цикле while. Давайте быстро проведем рефакторинг этого кода, чтобы передать вывод strtok() непосредственно в sqlite3_bind_text(), и пусть компилятор попытается ускорить процесс за нас:

pFile = fopen (INPUTDATA,"r");
while (!feof(pFile)) {

    fgets (sInputBuf, BUFFER_SIZE, pFile);

    sqlite3_bind_text(stmt, 1, strtok (sInputBuf, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT); /* Get Route */
    sqlite3_bind_text(stmt, 2, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Branch */
    sqlite3_bind_text(stmt, 3, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Version */
    sqlite3_bind_text(stmt, 4, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Stop Number */
    sqlite3_bind_text(stmt, 5, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Vehicle */
    sqlite3_bind_text(stmt, 6, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Date */
    sqlite3_bind_text(stmt, 7, strtok (NULL, "\t"), -1, SQLITE_TRANSIENT);    /* Get Time */

    sqlite3_step(stmt);        /* Execute the SQL Statement */
    sqlite3_clear_bindings(stmt);    /* Clear bindings */
    sqlite3_reset(stmt);        /* Reset VDBE */

    n++;
}
fclose (pFile);

Примечание. Мы вернулись к использованию реального файла базы данных. Базы данных в памяти быстрые, но не обязательно практичные

Импортировано 864913 записей в 8,94 секунд

Небольшой рефакторинг кода обработки строки, используемого в нашей привязке параметров, позволил нам выполнить 96 700 операций вставки в секунду. Я думаю, можно с уверенностью сказать, что это достаточно быстро. Когда мы начнем настраивать другие переменные (например, размер страницы, создание индекса и т.д.), Это будет нашим эталоном.

Резюме (пока)

Я надеюсь, что ты все еще со мной! Причина, по которой мы пошли по этому пути, заключается в том, что производительность массовых вставок так сильно варьируется в SQLite, и не всегда очевидно, какие изменения необходимо внести для ускорения нашей работы. Используя тот же компилятор (и параметры компилятора), ту же версию SQLite и те же данные, мы оптимизировали наш код и используем SQLite для перехода от от наихудшего сценария к 85 вставкам в секунду к более чем 96 000 вставок в секунду!

CREATE INDEX, затем INSERT и INSERT, затем CREATE INDEX

Прежде чем мы начнем измерять производительность SELECT, мы знаем, что будем создавать индексы. В одном из приведенных ниже ответов было предложено, чтобы при выполнении массовой вставки индекс создавался быстрее после вставки данных (в отличие от создания индекса сначала, а затем вставки данных). Давай попробуем:

Создать индекс, затем вставить данные

sqlite3_exec(db, "CREATE  INDEX 'TTC_Stop_Index' ON 'TTC' ('Stop')", NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "BEGIN TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);
...

Импортировано 864913 записей в 18.13 секунд

Вставьте данные, затем создайте индекс

...
sqlite3_exec(db, "END TRANSACTION", NULL, NULL, &sErrMsg);
sqlite3_exec(db, "CREATE  INDEX 'TTC_Stop_Index' ON 'TTC' ('Stop')", NULL, NULL, &sErrMsg);

Импортировано 864913 записей в 13,66 секунд

Как и ожидалось, массовая вставка выполняется медленнее, если индексируется один столбец, но это имеет значение, если индекс создается после вставки данных. Наш базовый уровень без индекса составляет 96 000 вставок в секунду. Сначала создание индекса, а затем вставка данных дает нам 47 700 вставок в секунду, тогда как вставка данных сначала, а затем создание индекса дает нам 63 300 вставок в секунду.

Я бы с удовольствием принял предложения по другим сценариям, чтобы попробовать... И скоро собираю аналогичные данные для запросов SELECT.

Ответы

SELECT COUNT(*) FROM table

SELECT * FROM table ORDER BY _ROWID_ LIMIT <limit> OFFSET <offset>

int limit = (count + n_threads - 1)/n_threads;

int offset = thread_index * limit

private SQLiteDatabase database;
database = dbHelper.getWritableDatabase();

public int bulkInsert(@NonNull Uri uri, @NonNull ContentValues[] values) {

database.beginTransaction();

for (ContentValues value : values)
 db.insert("TABLE_NAME", null, value);

database.setTransactionSuccessful();
database.endTransaction();

}

App.getAppContext().getContentResolver().bulkInsert(contentUriTable,
            contentValuesArray);