TiFlash 源码解读（八）：揭秘 TiFlash 表达式的设计与实现

引言

表达式是 SQL 语言的重要组成部分，也是 TiFlash 计算的核心。TiFlash 中的表达式可以分为函数、常量和列引用三类。函数是指 SQL 中内置的函数，如 SUM()、AVG() 等；常量是指直接出现在 SQL 语句中的值，如 100、'hello' 等；列引用是指对表中列的引用，如 t.a。

表达式的解析

TiFlash 在解析表达式时，首先会对表达式进行词法分析和语法分析。词法分析将表达式分解为一个个的词法单元，如、标识符、常量等；语法分析则根据词法单元的顺序，确定表达式的语法结构。

表达式的优化

在解析表达式之后，TiFlash 会对表达式进行优化，以提高表达式的执行效率。优化主要包括以下几个方面：

• 常量折叠：将表达式中的一些常量折叠起来，减少不必要的计算。
• 子表达式消除：消除表达式中重复的子表达式，避免重复计算。
• 公共子表达式消除：消除表达式中重复的公共子表达式，减少不必要的计算。
• 表达式重写：将表达式重写为更优化的形式，提高执行效率。

表达式的执行

在优化表达式之后，TiFlash 会对表达式进行执行。表达式的执行分为两部分：

• 向量化执行：TiFlash 采用向量化执行技术来执行表达式，可以显著提高表达式的执行效率。向量化执行是指将多个表达式的计算打包成一个批次进行执行，从而减少函数调用的开销和提高数据访问的效率。
• 标量执行：对于无法向量化执行的表达式，TiFlash 会采用标量执行的方式来执行。标量执行是指对表达式中的每个元素逐个计算，效率较低。

函数的处理

TiFlash 内置了大量的函数，包括数学函数、字符串函数、日期时间函数、聚合函数等。这些函数都可以直接在 SQL 语句中使用。

TiFlash 在处理函数时，会先对函数的参数进行类型检查，确保参数的类型与函数的签名匹配。然后，TiFlash 会根据函数的签名和参数的值，调用相应的函数实现来执行函数。

常量的处理

TiFlash 可以处理各种类型的常量，包括整型、浮点型、字符串、日期时间值等。

TiFlash 在处理常量时，会先将常量转换为内部表示形式，然后再进行计算。这可以避免数据类型转换的开销，提高计算效率。

列引用的处理

TiFlash 中的列引用是指对表中列的引用。列引用可以通过两种方式来表示：

• 显式列引用：显式列引用是指直接在 SQL 语句中写出列名，如 t.a。
• 隐式列引用：隐式列引用是指通过 SELECT * 语句来引用表中的所有列。

TiFlash 在处理列引用时，会先根据列名找到对应的列，然后将列的值提取出来，再进行计算。

向量化表达式执行技术

TiFlash 采用向量化表达式执行技术来执行表达式，可以显著提高表达式的执行效率。向量化执行是指将多个表达式的计算打包成一个批次进行执行，从而减少函数调用的开销和提高数据访问的效率。

TiFlash 的向量化表达式执行技术主要包括以下几个方面：

• 向量化函数：TiFlash 提供了大量内置的向量化函数，可以对向量化的数据进行高效计算。
• 向量化数据访问：TiFlash 采用了向量化的数据访问方式，可以一次性读取多个列的数据，从而减少数据访问的开销。
• 向量化表达式树：TiFlash 将表达式编译成向量化表达式树，并使用向量化执行引擎来执行表达式树。

结语

本文对 TiFlash 表达式的实现和设计进行了详细的介绍，包括表达式的解析、优化、执行、函数的处理、常量的处理和列引用的处理等方面。此外，还介绍了 TiFlash 独有的向量化表达式执行技术，揭示了 TiFlash 高性能计算的秘密。通过本文的学习，你将对 TiFlash 的表达式处理机制有更深入的了解，并能够更好地理解 TiFlash 的工作原理。