​深入浅出 ClickHouse 物化视图

作者：oliver

虽然官方文档记录了 ClickHouse 物化视图很多详细信息，但是使用物化视图还是有很多小细节需要注意，更别说一些最佳实践。本文总结了 ClickHouse 物化视图使用上的各种问题，并展示三个实际案例。

存储过程与触发器

• 存储过程：预编译好的一组 SQL 程序，类似 无返回结果 的函数。

• 强调无返回是为了和真正的 FUNCTION 区分开，这个有返回结果。

• 触发器：特殊存储过程，监听特定事件自动调用。

数据库查询语言（query language）是数据库管理系统（DBMS）提供给用户和数据库交互的工具，查询语言分为三类 [^1]：

• 命令式（Imperative）：用户控制系统一步步执行操作，计算、获取数据。在计算过程中包含了可变的状态变量。
• 函数式（Functional）：用户调用一系列函数链式执行计算、获取数据。在计算过程中不包含状态变量，无副作用。
• 声明式（Non-Procedural/Declarative）：用户只声明需要的数据，由数据库管理系统实现计算过程并返回数据。

[!TIP] 三类查询语言并不是边界分明 工程中的查询语言，会同时包含多种查询语言的特性。[^2]

人们往往认为 SQL 是用于关系模型（Relational Model）数据库的声明式查询语言，但这个世界并不是非黑即白，声明式语言虽然降低用户学习成本，但数据库承担了检查（词法分析）、翻译（编译）、优化最后执行的过程。但如果业务需要一遍又一遍执行某一段相同的逻辑，每次都要重新走一遍流程，显然不可接受。于是各大关系数据库系统几乎都引入了过程扩展，比如 PG 使用的 PL/pgSQL[^3]，它包含变量定义、条件控制和循环等等过程式语言的元素。

那么引入本节的主角：存储过程（Stored Procedure），预先编译好的一段逻辑（用过程语言），可以大大加快执行速度。

而触发器（Trigger）则是一种特殊的存储过程，它监听某些数据库事件，可以在事件发生前/中/后调用。[^4]

从事件类型上看，触发器分为：

• DDL 触发器
• DML 触发器

从触发动作上看 [^5]，触发器分为：

• 事前、事后触发器（BEFORE、AFTER）
• 替换触发器（INSTEAD OF）

那么触发器有什么业务场景呢？举个最简单的例子，记录某张表的审计日志（Audit Log），把所有 DML 操作都通过触发器记录下来。

ClickHouse 物化视图

ClickHouse 作为关系型 OLAP（OnLine Analytical Processing）数据库，很遗憾不支持存储过程。[^6]

[!TIP] ClickHouse 存储过程的实现状况 在 2023 年 Roadmap 中 Experimental features and research 部分可以看到 refreshable materialized views，有生之年

但非常有意思的是，ClickHouse 提供了物化视图（Materialized View）的特殊功能，在功能上相当于 AFTER INSERT 触发器，物化视图仍然使用 声明式 SQL 定义计算逻辑。

[!TIP] 提示 可以直接跳到 总结 部分。

[!TIP] ClickHouse 版本 本文源码阅读基于 ClickHouse 22.3 版本

StorageMaterializedView

首先看到物化视图的类声明 src/Storages/StorageMaterializedView.h：

class StorageMaterializedView final : public IStorage, WithMutableContext
{
public:
    ...
private:
    /// Will be initialized in constructor
    StorageID target_table_id = StorageID::createEmpty();

    bool has_inner_table = false;
    ...
}

可以看到物化视图继承自 IStorage 类，从它的类注释中可以看到它管理的功能。物化视图和 StorageMerge 一样都继承自这个管理数据存储的类，作为一个视图，莫非也有实际存储？此外，物化视图用 target_table_id 存储了别的表的 id。接下来看看 IStorage 的类注解：

/** Storage. Describes the table. Responsible for
  * - storage of the table data;
  * - the definition in which files (or not in files) the data is stored;
  * - data lookups and appends;
  * - data storage structure (compression, etc.)
  * - concurrent access to data (locks, etc.)
  */

如果读物化视图会发生什么？跳转到重载 IStorage 的 StorageMaterializedView::read 方法定义：

void StorageMaterializedView::read(
    ...)
{
    auto storage = getTargetTable();
    ...
    storage->read(query_plan, column_names, target_storage_snapshot, query_info, local_context, processed_stage, max_block_size, num_streams);
    ...
}

以及 StorageMaterializedView::getTargetTable 方法定义：

StoragePtr StorageMaterializedView::getTargetTable() const
{
    checkStackSize();
    return DatabaseCatalog::instance().getTable(target_table_id, getContext());
}

读操作是对 target_table_id 对应的表进行的，那么就清晰了，物化视图并不会存储数据，会将查询重定向到目标表。

做个实验简单验证：

create table test( time DateTime) Engine=Memory();
create table source(time DateTime) Engine=Memory();
create materialized view mv_test to test as select time from source;
insert into table source values(now());

select * from test;

┌────────────────time─┐
│ 2023-02-25 18:51:41 │
└─────────────────────┘

select * from mv_test;

┌────────────────time─┐
│ 2023-02-25 18:51:41 │
└─────────────────────┘

explain  select * from test;

┌─explain───────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Expression ((Projection + Before ORDER BY))                               │
│   SettingQuotaAndLimits (Set limits and quota after reading from storage) │
│     ReadFromStorage (Memory)                                              │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

explain  select * from mv_test;

┌─explain───────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Expression ((Projection + Before ORDER BY))                               │
│   SettingQuotaAndLimits (Set limits and quota after reading from storage) │
│     SettingQuotaAndLimits (Lock destination table for MaterializedView)   │
│       ReadFromStorage (Memory)                                            │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

注意 Lock destination table for MaterializedView，符合猜测。

接着写操作会发生什么？猜测也会重定向到目标表，看看 StorageMaterializedView::write 方法的定义：

SinkToStoragePtr StorageMaterializedView::write(...)
{
    auto storage = getTargetTable();
    ...
    auto sink = storage->write(query, metadata_snapshot, local_context);
    ...
}

再做个小实验验证：

insert into table mv_test values(now());

select * from test;

┌────────────────time─┐
│ 2023-02-25 18:51:41 │
└─────────────────────┘
┌────────────────time─┐
│ 2023-02-25 19:11:20 │
└─────────────────────┘

符合猜测。

解答完疑惑，回到正常阅读顺序来，接下来阅读构造器的代码 src/Storages/StorageMaterializedView.cpp：

StorageMaterializedView::StorageMaterializedView(
    const StorageID & table_id_,
    ContextPtr local_context,
    const ASTCreateQuery & query,
    const ColumnsDescription & columns_,
    bool attach_,
    const String & comment)
    : IStorage(table_id_), WithMutableContext(local_context->getGlobalContext())
{
    ...
    /// If the destination table is not set, use inner table
    has_inner_table = query.to_table_id.empty();  // 出现了新概念 inner table
    if (has_inner_table && !query.storage)  // 创建物化视图时，要么有 ENGINE 使用 inner table，要么用 TO 使用外部表
        throw Exception(
            "You must specify where to save results of a MaterializedView query: either ENGINE or an existing table in a TO clause",
            ErrorCodes::INCORRECT_QUERY);

    if (query.select->list_of_selects->children.size() != 1)
        throw Exception("UNION is not supported for MATERIALIZED VIEW", ErrorCodes::QUERY_IS_NOT_SUPPORTED_IN_MATERIALIZED_VIEW);

    ...

    // 设置 to_table_id
    if (!has_inner_table)
    {
        target_table_id = query.to_table_id;
    }
    else if (attach_)
    {
        /// If there is an ATTACH request, then the internal table must already be created.
        target_table_id = StorageID(getStorageID().database_name, generateInnerTableName(getStorageID()), query.to_inner_uuid);
    }
    else  // 创建inner table
    {
        /// We will create a query to create an internal table.
        ...

        target_table_id = DatabaseCatalog::instance().getTable({manual_create_query->getDatabase(), manual_create_query->getTable()}, getContext())->getStorageID();  // 看来 ClickHouse 有个全局表注册表
    }
}

可以看到：

1. 物化视图创建时需要指定目标表，不然会自己创建 inner 表
2. 物化视图不能使用 UNION
3. ClickHouse 系统有个表的“注册表”，维护系统所有表的 id- 实例映射

IInterpreter、InterpreterInsertQuery

那么下一个问题，对原始表插入数据，数据又怎么经过物化视图跑到目标表的？

首先关注查询类 src/Interpreters/IInterpreter.h：

/** Interpreters interface for different queries.
  */
class IInterpreter
{
public:
    /** For queries that return a result (SELECT and similar), sets in BlockIO a stream from which you can read this result.
      * For queries that receive data (INSERT), sets a thread in BlockIO where you can write data.
      * For queries that do not require data and return nothing, BlockIO will be empty.
      */
    virtual BlockIO execute() = 0;
    ...
}

当插入（INSERT）数据时，系统会调用 IInterpreter 的子类 src/Interpreters/InterpreterInsertQuery.cpp 处理查询，先看到它的声明：

/** Interprets the INSERT query.
  */
class InterpreterInsertQuery : public IInterpreter, WithContext
{
public:
    ...
    /** Prepare a request for execution. Return block streams
      * - the stream into which you can write data to execute the query, if INSERT;
      * - the stream from which you can read the result of the query, if SELECT and similar;
      * Or nothing if the request INSERT SELECT (self-sufficient query - does not accept the input data, does not return the result).
      */
    BlockIO execute() override;
    ...
private
    ...
    Chain buildChainImpl(
        const StoragePtr & table,
        const StorageMetadataPtr & metadata_snapshot,
        const Block & query_sample_block,
        ThreadStatusesHolderPtr thread_status_holder,
        std::atomic_uint64_t * elapsed_counter_ms);
};

继续看它的定义（只看 INSERT 分支）：

BlockIO InterpreterInsertQuery::execute()
{
    ...
    StoragePtr table = getTable(query);
    ...

    StoragePtr inner_table;
    if (const auto * mv = dynamic_cast<const StorageMaterializedView *>(table.get()))  // 如果 insert query 指向的表是 StorageMaterializedView，目标表取出放到 inner_table 变量中
        inner_table = mv->getTargetTable();

    ...

    std::vector<Chain> out_chains;
    if (!distributed_pipeline || query.watch)
    {
        size_t out_streams_size = 1;

        if (query.select)  // 处理 INSERT SELECT，忽略
        {
            ...
        }
        else if (query.watch)  // 处理 LIVE VIEW 的 WATCH 语句，直接忽略即可
        {
            ...
        }

        for (size_t i = 0; i < out_streams_size; ++i)
        {
            auto out = buildChainImpl(table, metadata_snapshot, query_sample_block, nullptr, nullptr);  // 构建 chain，重要！！！
            out_chains.emplace_back(std::move(out));
        }
    }

    BlockIO res;

    /// What type of query: INSERT or INSERT SELECT or INSERT WATCH?
    if (distributed_pipeline)
    {
        res.pipeline = std::move(*distributed_pipeline);
    }
    else if (query.select || query.watch)
    {
        ...  // 直接忽略
    }
    else  // 关注这个分支，query 是 INSERT 时
    {
        res.pipeline = QueryPipeline(std::move(out_chains.at(0)));  // 将 chain 第一个元素构造返回 BlockIO 的 pushing pipeline
        res.pipeline.setNumThreads(std::min<size_t>(res.pipeline.getNumThreads(), settings.max_threads));  // 设置 query 的配置

        if (query.hasInlinedData() && !async_insert)
        {  // 也就是 INSERT 语句带了 VALUES (...)，可以直接从语句中拿到要插入的数据
            /// can execute without additional data
            auto pipe = getSourceFromASTInsertQuery(query_ptr, true, query_sample_block, getContext(), nullptr);
            res.pipeline.complete(std::move(pipe));
        }
    }

    res.pipeline.addResources(std::move(resources));

    res.pipeline.addStorageHolder(table);  // 将 query 的目标表放入 pipeline 资源列表
    if (inner_table)  // 如果有物化视图
        res.pipeline.addStorageHolder(inner_table);  // 把物化视图的目标表也放到 pipeline 的资源列表

    return res;
}

可以看到方法内调用了 InterpreterInsertQuery::buildChainImpl，接着看这个方法的定义：

Chain InterpreterInsertQuery::buildChainImpl(
    const StoragePtr & table,
    const StorageMetadataPtr & metadata_snapshot,
    const Block & query_sample_block,
    ThreadStatusesHolderPtr thread_status_holder,
    std::atomic_uint64_t * elapsed_counter_ms)
{
    ...

    /// We create a pipeline of several streams, into which we will write data.
    Chain out;

    /// Keep a reference to the context to make sure it stays alive until the chain is executed and destroyed
    out.addInterpreterContext(context_ptr);

    /// NOTE: we explicitly ignore bound materialized views when inserting into Kafka Storage.
    ///       Otherwise we'll get duplicates when MV reads same rows again from Kafka.
    if (table->noPushingToViews() && !no_destination)  // table->noPushingToViews() 用于禁止物化视图插入数据到 KafkaEngine
    {
        auto sink = table->write(query_ptr, metadata_snapshot, context_ptr);
        sink->setRuntimeData(thread_status, elapsed_counter_ms);
        out.addSource(std::move(sink));
    }
    else  // 构建物化视图插入 pushingToViewChain，重点！！！
    {
        out = buildPushingToViewsChain(table, metadata_snapshot, context_ptr, query_ptr, no_destination, thread_status_holder, elapsed_counter_ms);
    }

    ...

    return out;
}

Chain 相关

接着来到文件 src/Processors/Transforms/buildPushingToViewsChain.cpp：

Chain buildPushingToViewsChain(
    const StoragePtr & storage,
    const StorageMetadataPtr & metadata_snapshot,
    ContextPtr context,
    const ASTPtr & query_ptr,
    bool no_destination,
    ThreadStatusesHolderPtr thread_status_holder,
    std::atomic_uint64_t * elapsed_counter_ms,
    const Block & live_view_header)
{
    ...

    auto table_id = storage->getStorageID();
    Dependencies dependencies = DatabaseCatalog::instance().getDependencies(table_id);  // 重点，通过 table_id，拿到“依赖“这个表的 dependencies

    /// We need special context for materialized views insertions
    ContextMutablePtr select_context;
    ContextMutablePtr insert_context;
    ViewsDataPtr views_data;
    if (!dependencies.empty())
    {
        ...  // 把query的各种上下文拆出
    }

    std::vector<Chain> chains;

    for (const auto & database_table : dependencies)
    {
        auto dependent_table = DatabaseCatalog::instance().getTable(database_table, context);
        auto dependent_metadata_snapshot = dependent_table->getInMemoryMetadataPtr();

        ASTPtr query;
        Chain out;

        ...

        if (auto * materialized_view = dynamic_cast<StorageMaterializedView *>(dependent_table.get()))  // 依赖关系是 MATERIALIZED VIEW
        {
            type = QueryViewsLogElement::ViewType::MATERIALIZED;
            result_chain.addTableLock(materialized_view->lockForShare(context->getInitialQueryId(), context->getSettingsRef().lock_acquire_timeout));

            StoragePtr inner_table = materialized_view->getTargetTable();  // 拿到物化视图的目标表
            auto inner_table_id = inner_table->getStorageID();
            auto inner_metadata_snapshot = inner_table->getInMemoryMetadataPtr();
            query = dependent_metadata_snapshot->getSelectQuery().inner_query;
            target_name = inner_table_id.getFullTableName();

            /// Get list of columns we get from select query.
            auto header = InterpreterSelectQuery(query, select_context, SelectQueryOptions().analyze())
                .getSampleBlock();

            /// Insert only columns returned by select.
            Names insert_columns;
            const auto & inner_table_columns = inner_metadata_snapshot->getColumns();
            for (const auto & column : header)
            {
                /// But skip columns which storage doesn't have.
                if (inner_table_columns.hasPhysical(column.name))  // 注意，是通过列名匹配的，而不是位置，这在使用物化视图时很容易犯错
                    insert_columns.emplace_back(column.name);
            }

            InterpreterInsertQuery interpreter(nullptr, insert_context, false, false, false);  // 将物化视图的插入逻辑也作为 InterpreterInsertQuery 处理
            out = interpreter.buildChain(inner_table, inner_metadata_snapshot, insert_columns, thread_status_holder, view_counter_ms);
            out.addStorageHolder(dependent_table);
            out.addStorageHolder(inner_table);
        }
        else if (auto * live_view = dynamic_cast<StorageLiveView *>(dependent_table.get()))  // 依赖关系是 LIVE VIEW，忽略
        {
            ...
        }
        else if (auto * window_view = dynamic_cast<StorageWindowView *>(dependent_table.get()))  // 依赖关系是 WINDOW VIEW，忽略
        {
            ...
        }
        else
            out = buildPushingToViewsChain(
                dependent_table, dependent_metadata_snapshot, insert_context, ASTPtr(), false, thread_status_holder, view_counter_ms);  // 我理解这里是级联物化视图分支

        views_data->views.emplace_back(ViewRuntimeData{ //-V614
            std::move(query),
            out.getInputHeader(),
            database_table,
            nullptr,
            std::move(runtime_stats)});

        if (type == QueryViewsLogElement::ViewType::MATERIALIZED)
        {
            auto executing_inner_query = std::make_shared<ExecutingInnerQueryFromViewTransform>(
                storage_header, views_data->views.back(), views_data);
            executing_inner_query->setRuntimeData(view_thread_status, view_counter_ms);

            out.addSource(std::move(executing_inner_query));
        }

        chains.emplace_back(std::move(out));

        /// Add the view to the query access info so it can appear in system.query_log
        if (!no_destination)
        {
            context->getQueryContext()->addQueryAccessInfo(
                backQuoteIfNeed(database_table.getDatabaseName()), views_data->views.back().runtime_stats->target_name, {}, "", database_table.getFullTableName());
        }
    }

    ...

    if (auto * live_view = dynamic_cast<StorageLiveView *>(storage.get()))
    {
        ...
    }
    else if (auto * window_view = dynamic_cast<StorageWindowView *>(storage.get()))
    {
        ...
    }
    /// Do not push to destination table if the flag is set
    else if (!no_destination)  // 物化视图写入逻辑
    {
        auto sink = storage->write(query_ptr, metadata_snapshot, context);  // 注意，第一个参数是传入的 query_ptr，也就是说物化视图的数据同样直接来自于查询，而不是依赖表
        metadata_snapshot->check(sink->getHeader().getColumnsWithTypeAndName());
        sink->setRuntimeData(thread_status, elapsed_counter_ms);
        result_chain.addSource(std::move(sink));
    }

    ...

    return result_chain;
}

注意到 DatabaseCatalog::instance().getDependencies(table_id)（在文件 src/Interpreters/DatabaseCatalog.cpp）获取“依赖”在这个表的关系 dependencies，查看源码：

Dependencies DatabaseCatalog::getDependencies(const StorageID & from) const
{
    std::lock_guard lock{databases_mutex};
    auto iter = view_dependencies.find({from.getDatabaseName(), from.getTableName()});
    if (iter == view_dependencies.end())
        return {};
    return Dependencies(iter->second.begin(), iter->second.end());  // 查找到的 dependencies set 按照顺序塞入 vector 返回
}

在头文件声明了 view_dependencies 和它的类型：

/// Table -> set of table-views that make SELECT from it.
using ViewDependencies = std::map<StorageID, std::set<StorageID>>;
using Dependencies = std::vector<StorageID>;
...
/// For some reason Context is required to get Storage from Database object
class DatabaseCatalog : boost::noncopyable, WithMutableContext
{
public:
    ...
private:
    ViewDependencies view_dependencies TSA_GUARDED_BY(databases_mutex);
}

这几个函数的参数是 StorageID（在文件 src/Interpreters/StorageID.h），可以看到它的声明：

struct StorageID
{
    String database_name;
    String table_name;
    UUID uuid = UUIDHelpers::Nil;
    ...
private:
    ...
};

由于 ViewDependencies 这个 map 的 value 是 std::set，在 cpp 中 std::set 的元素会用 std::set::key_comp 方法来排序 [^7]，因此物化视图的处理将按照字母顺序。

总结

可以看到：

1. 数据插入时，先处理原始表插入，再处理物化视图的插入。

   ![[mv-insert-internally.excalidraw]]

1. 
   

   有多个物化视图时，按照字母顺序依次处理。

   
   

   
   

   
   

   
   

1. 当设置 parallel_view_processing=1 时，物化视图并行处理

1. 物化视图不会读取源表数据，而是插入时同一份数据依次插入源表、目标表。

2. 物化视图相当于 AFTER INSERT TRIGGER，对于目标表而言，不存在任何视图概念，它只看到一个个 INSERT 查询。

3. 物化视图可以级联。

前文通过源码阅读了解了物化视图的底层逻辑，接下来从使用者的角度继续分析物化视图。

物化视图使用场景

• 数据预聚合/数据增量聚合
• 数据预处理/ET（Extract-Transform）
• 以另一组 ORDER BY 存储数据（模拟方向索引）
• KafkaEngine

[!TIP] 真正的方向索引 ClickHouse 将在 23.1 引入真正的反向索引能力。[^8]

创建物化视图

先看到官方文档的 SQL：

CREATE MATERIALIZED VIEW [IF NOT EXISTS] [db.]table_name [ON CLUSTER] [TO[db.]name] [ENGINE = engine] [POPULATE] AS SELECT ...

有两种方式创建物化视图：

1. 有 ENGINE 关键词，ClickHouse 将创建隐式表（Implicit Table）作为目标表
2. 有 TO 关键词，需要用户预先创建目标表

使用 ENGINE 时，ClickHouse 除了创建物化视图，还会创建一个名为 .inner.物化视图名 的隐式表，隐式表其实就是正常的表只不过它以 . 开头，直接使用它需要反引号/双引号括起来。

POPULATE 只有使用隐式表时生效，它会在 ClickHouse 创建物化视图后，将原始表 所有 的历史数据全部处理写入隐式表。如果原始表有海量数据，将使用大量资源、持续较长时间。

[!TIP] TO 如何插入历史数据 手动执行 INSERT ... SELECT，最好按照 _partition_id、_part 虚拟列分片插入。[^9]

这两种方式有使用上的优劣区别：

因此建议使用 TO 创建物化视图。

[!ERROR] 物化视图不会读源表 物化视图和原始表磁盘上的数据没有半点关系，换句话说：

• 原始表是 SummingMergeTree、ReplacingMergeTree 等等时，物化视图不会“看”到处理后的数据
• 在原始表上的 DML 不会影响到物化视图和目标表

[!ERROR] 物化视图使用列名插入数据 物化视图通过列名插入数据而不是位置

CREATE MATERIALIZED VIEW mv (
 a Int64,
 d Date,
 cnt Int64
) ENGINE = SummingMergeTree
PARTITION BY toYYYYMM(d)
ORDER BY (a,d)
POPULATE
AS
SELECT
 a,
 d,
 count() AS cnt  -- 一定要注意 AS cnt
FROM source GROUP BY a, d;

数据副本碰上物化视图

使用 ReplicatedMergeTree 家族的 Engine 和物化视图时，物化视图还能正常工作吗？

不同 shard 之间不用考虑，因为数据不相同，这里只考虑同一个 shard 不同 replica 的情况：

需要注意，插入只会发生在一个节点，所以作为插入触发器的物化视图也只会在插入发生的节点被触发，接着由 Replicated 的同步机制把物化视图目标表的数据同步到另一个 Replica。

所以没问题～

分布式表碰上物化视图

现在假设一个场景，有 4 个 node，2 个 shard、2 个 replica，每个节点有个 source 本地表和 dest 本地表，并注册了 source_dist 和 dest_dist 两个分布式表。我想要实现插入 source 的数据都进入到 dest，应该如何设计物化视图？

排列组合一下，有下面四种方式：

• source -> dest
• source_dist -> dest_dist
• source -> dest_dist
• source_dist -> dest

答案是前三种可以满足要求。但首推第一种，没有网络开销，数据在节点内部处理、存储。第二种、第三种只有在需要数据被打散分布时使用，比如所 source 表根据用户 id（user_id）分 shard，结果表想通过设备 id（device_id）分 shard。

第四种会导致所有 source 的数据都出现在每个节点，一般而言是错误使用。

Join 碰上物化视图

绝对避免在物化视图中使用 join，ClickHouse 使用 HashJoin，插入的每个 Block 都会导致物化视图创建一个 hash 表，最终导致插入又重又慢。

可以通过可复用的数据结构实现 join 的能力 [^11]：

• Dictionaries + dictGet
• Join Table Engine + joinGet

物化视图级联

物化视图可以通过级联（Cascade）串起来：

需要注意的是，级联只能是不同物化视图的 计算逻辑，比如第一个物化视图 GROUP BY，第二个物化视图 FILTER，与目标表没有任何关系。设计物化视图级联时，大可以把前面物化视图的目标表当作 Null 表，避免干扰。

PG 物化视图对比

介绍完 ClickHouse 物化视图，当然要对比下传统 OLTP 关系型数据库的物化视图功能。

物化视图案例

下文给出几个物化视图的真实案例。

KakfaEngine 因为很难错误调试被人诟病，比如在 21.6 版本之前，KafkaEngine 解析数据出错只能通过 input_format_skip_unknown_fields 设置跳过 N 条错误消息，然后在系统日志中查询记录：

select * from system.text_log where logger_name like '%Kafka%'

但这个 PR 被合入后有了新的错误检查方法，给 KafkaEngine 新增一个配置 kafka_handle_error_mode='stream'，每条消息将带上 _error 和 _raw_message 两个虚拟列。

SQL 代码如下 [^14]：

CREATE TABLE default.kafka_engine
(
    `i` Int64,
    `s` String
)
ENGINE = Kafka
SETTINGS kafka_broker_list = 'kafka:9092'
kafka_topic_list = 'topic',
kafka_group_name = 'clickhouse',
kafka_format = 'JSONEachRow',
kafka_handle_error_mode='stream';

CREATE MATERIALIZED VIEW default.kafka_data
(
    `i` Int64,
    `s` String
)
ENGINE = MergeTree
ORDER BY (`i`)
AS
SELECT
    `i`,
    `s`
FROM default.kafka_engine
WHERE length(_error) = 0

CREATE MATERIALIZED VIEW default.kafka_errors
(
    `topic` String,
    `partition` Int64,
    `offset` Int64,
    `raw` String,
    `error` String
)
ENGINE = MergeTree
ORDER BY (topic, partition, offset)
SETTINGS index_granularity = 8192 AS
SELECT
    _topic AS topic,
    _partition AS partition,
    _offset AS offset,
    _raw_message AS raw,
    _error AS error
FROM default.kafka_engine
WHERE length(_error) > 0

JDBC 无法支持二维数组，但是许多业务的的确确需要用到二维数组，除了换语言还可以使用物化视图。

创建一个 Null 表使用 JDBC 支持的数据格式 String 传输嵌套结构的字符串，然后通过物化视图解析插入到最终表：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS entry (
    json_str String
)ENGINE = Null;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS dest (
    two_diemnsional_array Array(Array(String))
)ENGINE = MergeTree()
ORDER BY tuple();

CREATE MATERIALIZED VIEW mv_dest TO dest
AS
SELECT
    JSONExtract(json_str, 'Array(Array(String))') as two_diemnsional_array
FROM entry;

ClickHouse 作为 OLAP 数据库经常使用多维表、大宽表的 schema，可是原始表直接用于多维分析，需要存储的数据量过大，自然就想到用预聚合减少数据量。

物化视图中的 GROUP BY 是针对每一个 Batch 而言的（流处理），当时间纬度横跨很大，单单一个物化视图恐怕不能很好地将数据聚合。于是可以考虑使用 SummingMergeTree/AggregatingMergeTree 实现先插入后增量聚合。

除此之外，对于高基数字段，比如用户 id（user_id）、设备 id（device_id）这一类列，需要聚合时有不同场景的考量：

• 若只用于统计基数
• 精确统计：bitmap
• 概率统计：uniqState+uniqMerge
• 需要保留每一个元素用于 filter：set/array

资源使用当然就是：概率统计基数 < 精确统计基数 << 保留每个元素

下面给出一个例子，高基数字段只用于统计基数，可以接受误差：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS event  -- 原始表
(
    `app_id` LowCardinality(String) CODEC(ZSTD(9)),
    `time` Int64 CODEC(Delta, ZSTD(9)),
    `user_id` String CODEC(Delta, ZSTD(9)),
    `device_id` String CODEC(Delta, ZSTD(9)),
    `d1` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d2` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d3` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d4` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d5` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d6` String CODEC(ZSTD(9)),
    `v1` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v2` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v3` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v4` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v5` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v6` Int64 CODEC(T64, ZSTD(9))
)ENGINE = MergeTree()
PARTITION BY intDiv(time, 2592000000)
ORDER BY (app_id, time)
TTL toDate(intDiv(time, 1000)) + toIntervalMonth(1)
SETTINGS index_granularity = 8192, ttl_only_drop_parts = 1, use_minimalistic_part_header_in_zookeeper = 1;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS event_agg_5min
(
    `app_id` LowCardinality(String) CODEC(ZSTD(9)),
    `time` Int64 CODEC(Delta, ZSTD(9)),
    `user_cnt` AggregateFunction(uniq, String) CODEC(ZSTD(9)),
    `device_cnt` AggregateFunction(uniq, String) CODEC(ZSTD(9)),
    `cnt` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `d1` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d2` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d3` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d4` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d5` String CODEC(ZSTD(9)),
    `d6` String CODEC(ZSTD(9)),
    `v1` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v2` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v3` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v4` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v5` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9)),
    `v6` SimpleAggregateFunction(sum, Int64) CODEC(T64, ZSTD(9))
)
ENGINE = AggregatingMergeTree()  -- 落盘后增量预聚合
PARTITION BY intDiv(time, 2592000000)
PRIMARY KEY (app_id, time)
ORDER BY (app_id, time, d1, d2, d3, d4, d5, d6)  -- ORDER BY 需要包含所有“标签”列
TTL toDate(intDiv(time, 1000)) + toIntervalMonth(1)
SETTINGS index_granularity = 8192, ttl_only_drop_parts = 1, use_minimalistic_part_header_in_zookeeper = 1;

CREATE MATERIALIZED VIEW IF NOT EXISTS mv_event_agg_5min TO event_agg_5min AS
SELECT
    app_id,
    intDiv(entrance_time, 300000) * 300000 AS entrance_time,  -- 5 分钟聚合
    uniqState(user_id) AS user_cnt,  -- AggregateFunction使用 -State 聚合
    uniqState(device_id) AS device_cnt,  -- 注意 AS 重命名
    count(*) AS cnt,
    d1,
    d2,
    d3,
    d4,
    d5,
    d6,
    sum(v1) as v1,  -- SimpleAggregateFunction 直接使用聚合函数
    sum(v2) as v2,
    sum(v3) as v3,
    sum(v4) as v4,
    sum(v5) as v5,
    sum(v6) as v6
FROM event
GROUP BY  -- 单个 Block 内预聚合
    app_id,
    category,
    d1,
    d2,
    d3,
    d4,
    d5,
    d6;

参考：

[1]: Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, and S. Sudarshan, Database System Concepts, Seventh edition (New York, NY: McGraw-Hill, 2020). P47 

[2]: https://en.wikipedia.org/wiki/SQL 

[3]: https://en.wikipedia.org/wiki/PL/pgSQL 

[4]: https://learn.microsoft.com/en-us/sql/t-sql/statements/create-trigger-transact-sql?view=sql-server-ver16 

[5]: https://www.postgresql.org/docs/current/sql-createtrigger.html 

[6]: https://dbdb.io/db/clickhouse 

[7]: https://cplusplus.com/reference/set/set/ 

[8]:https://clickhouse.com/blog/clickhouse-search-with-inverted-indices 

[9]:https://clickhouse.com/docs/en/engines/table-engines/mergetree-family/mergetree/#virtual-columns 

[10]: https://github.com/ClickHouse/ClickHouse/issues/11470 

[11]: Denis Zhuravlev and Denny Crane, “Everything You Should Know about Materialized Views.,” n.d. 

[12]: https://www.postgresql.org/docs/9.4/rule-system.html 

[^13]:https://www.postgresql.org/docs/9.4/sql-refreshmaterializedview.html [^14]:https://kb.altinity.com/altinity-kb-integrations/altinity-kb-kafka/error-handling/