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Database

Amazon Aurora PostgreSQL 에서 pg_bigm 모듈사용하기

by 창천향로 창천향로 2021. 8. 8.
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intro

2021.06.17 드디어 Amazon Aurora PostgreSQL 에서 pg_bigm을 지원하게 되었습니다.

기존까지는 Aurora가 11.9 / 12.4 까지만 지원해서 pg_bigm 을 쓰려면 PostgreSQL Amazon RDS 를 사용해야만 했는데요.

Aurora PostgreSQL 버전이 업데이트 되면서 (11.11 / 12.6 / 13.2) 가 드디어 Aurora에서도 pg_bigm 를 쓸 수 있게 되었습니다.

그래 이번 시간에는 Amazon Aurora PostgreSQL 에서의 pg_bigm에 대해서 소개드리겠습니다.

1. 지원 대상

업데이트가 되었다고해서 모든 Aurora PostgreSQL에서 pg_bigm을 사용할 수 있는것은 아닙니다.
아래 PostgreSQL 호환 버전에서만 pg_bigm를 사용할 수 있는데요.

  • PostgreSQL 13 : PostgreSQL 13.2 이상
  • PostgreSQL 12 : PostgreSQL 12.6 이상
  • PostgreSQL 11 : PostgreSQL 11.11 이상
  • PostgreSQL 10.x : 지원 X
  • PostgreSQL 9.x : 지원 X

현재 (2021.08.08) 는 각 메이저의 가장 최신 버전 Aurora에서만 사용할 수 있습니다.

2. pg_bigm?

pg_bigm 모듈은 PostgreSQL 에서 전체 텍스트 검색 기능 (full text search) 를 제공 합니다.
이 모듈을 사용하면 더 빠른 전체 텍스트 검색 을 위해 2-gram 인덱스를 만들 수 있는데요.
여기서 2-gram 인덱스라는 것은 문자열의 연속된 2개 문자마다 인덱스 항목을 만드는 것을 의미합니다.

bigmbi-gram 의 약자 입니다.

즉, 대량의 텍스트의 중간 일치 검색 (like %검색어%)에 사용할 GIN 방식의 인덱스를 제공하는 모듈을 이야기 합니다.

이를테면 아래와 같은 쿼리는 일반적인 RDBMS에서 인덱스를 사용할 수 없습니다.

select *
from posts
where body like '%튜닝%'

대부분의 RDBMS의 기본 인덱스인 B-Tree 인덱스의 경우, LIKE 를 통한 검색은 검색어%만 인덱스를 탈 수 있습니다.
이유는 B-Tree 인덱스가 LEFT-TO-RIGHT 방식이기 때문인데요.

지금처럼 검색어 (튜닝) 앞에 %가 붙은 경우에는 인덱스를 사용할 수가 없게 됩니다.

뿐만 아니라 B-Tree 인덱스는 짧은 문자열 혹은 숫자 타입의 컬럼에서 효과적인데, 대량의 문자열이 있는 (TEXT)의 경우에 B-Tree 인덱스는 효과적이지 못합니다.
(이를테면 블로그의 본문에서 like 검색을 해야한다면 HTML과 텍스트가 섞여있다보니 엄청나게 많은 문자열이 있는 컬럼을 인덱스에 담아야하고, 이 인덱스 안에서 탐색을 해야하는것이죠.)

그래서 기존 하위 버전에서는 이 문제를 pg_trgm을 통해 전체 텍스트 검색 기능에 대한 성능 문제와 인덱스 문제를 해결하곤 했는데요.

그럼 이번 버전부터 사용가능한 pg_bigm과 기존에도 사용가능했던 pg_trgm 는 어떤 차이가 있을까요?

2-1. pg_trgm vs pg_bigm

3-gram(trigram) 모델을 이용한 전체 텍스트 검색 기능을 제공 하는 pg_trgm 과 이를 기반으로 하는 pg_bigm은 다음과 같은 차이점이 있습니다.

기능 pg_trgm pg_bigm
전체 텍스트 검색에 필요한 최소 단어수 3단어 2단어
사용 가능한 인덱스 GIN, GiST GIN
사용 가능한 검색 연산자 like, ilike like
한국어 지원 여부 X O
1-2자 키워드로 전체 텍스트 검색시 성능 느림 빠름
유사성 검색 O O (1.1버전부터)
최대 인덱스 컬럼 사이즈 ~228MB ~102MB

여러가지 차이가 있지만, 실질적으로 한국어 인덱스를 지원한다는 것입니다.
기존의 pg_trgm한국어가 지원 안되었습니다.

그래서 한글 텍스트가 포함된 컬럼의 전체 텍스트 검색 성능 향상을 위해서는 pg_bigm을 사용해야만 하는데요.

다만 가장 큰 단점으로는 pg_bigm 은 알파벳의 대/소문자를 동일하게 보지 못합니다.
즉, ilike로 대/소문자를 모두 묶어서 검색하던 방식으로는 pg_bigm을 사용할 수는 없습니다.

3. 설치

Aurora PostgreSQL 최신 버전에서는 아래와 같은 방법으로 바로 pg_bigm 모듈을 사용할 수 있습니다.

먼저 현재 사용 중인 모듈을 확인해봅니다.

SELECT * FROM pg_extension;

기본값으로는 pg_bigm 가 없는 것을 볼 수 있는데요.

extension1

아래 명령어로 모듈을 활성화시킵니다.

CREATE EXTENSION pg_bigm;

그리고 다시 확인해보시면

SELECT * FROM pg_extension;

모듈이 활성화 된 것을 볼 수 있습니다.

extension2

이렇게만 하시면 이제 pg_bigm을 사용할 수 있습니다.

4. 사용법

이제 pg_bigm 을 사용할 수 있는 gin 인덱스를 만들어봅니다.

CREATE INDEX posts_body_gin ON posts USING gin (body gin_bigm_ops);
  • 기존 gin 인덱스 생성 방식에서 gin_bigm_ops로 변경만 해주시면 됩니다.

해당 인덱스가 잘 생성되었는지 확인해봅니다.

SELECT indexname, indexdef
  FROM pg_indexes
 WHERE tablename = 'posts';
index1

자 그리고 이제 해당 인덱스가 잘 적용되는지 보겠습니다.

동일한 데이터를 가진 복사된 테이블 2개를 가지고 테스트해볼건데요.

먼저 body 컬럼에 일반 인덱스가 적용된 테이블에서 검색할 경우 입니다.

select * from posts2 where body like '%김영한%';

인덱스를 전혀 활용하지 못하는 것을 볼 수 있습니다.

index3

그리고 pg_bigm (gin) 인덱스가 적용된 테이블에서의 조회 쿼리 실행계획을 봅니다.

select * from posts where body like '%김영한%';
index2

보시는것처럼 Bitmap Index Scan이 적용되는 것을 볼 수 있습니다.

4-1. 성능

자 그럼 실제 드라마틱한 성능 차이가 발생하도록 대량의 데이터를 추가한 후 성능 테스트를 해보겠습니다.

일반 인덱스가 적용된 경우

index4

pg_bigm 인덱스가 적용된 경우

index5

2.7초 vs 0.4초로 대략 6배의 성능 차이가 발생했는데요.
아마도 더 많은 양의 텍스트와 Row를 등록했다면 더 많은 차이가 발생했을것으로 보입니다.

4-2. likequery

중간 문자열 검색 (like %검색어% 검색)을 하다보면 다음과 같이 애플리케이션에서 항상 조치해야하는 불편함이 있습니다.

  • 매번 앞뒤로 %를 붙여야만 합니다.
  • %escapes가 필요한 경우 검색어에 포함된 %를 찾아내 escapes를 붙여야만 합니다.

예를 들어 다음과 같이 pg_bigm은 전체 텍스트 검색 성능을 200% 향상시켰습니다 가 포함된 모든 텍스트 컬럼을 찾고 싶을 경우가 있습니다.

select * from posts where body like '%pg_bigm은 전체 텍스트 검색 성능을 200% 향상시켰습니다%';

이때 성능을 200% 에서 %like 검색의 %가 아니라 실제 문자 %로 작동해야하는데요.
escapes하지 않으면 다음과 같이 like 검색의 % 로 작동하게 됩니다.

likequery1

그래서 매번 아래와 같이 escapes 처리 (\%)를 합니다.

select * from posts where body like '%pg_bigm은 전체 텍스트 검색 성능을 200\% 향상시켰습니다%';
likequery2

물론 중간 문자열 검색이니 앞뒤로는 % 추가를 잊지말아야 하구요.

이런 작업을 매번 애플리케이션 레벨에서 해줘야하는 불편함을 해소해줄 pg_bigmFunction으로 likequery가 있습니다.

위에서 언급했던

  • 매번 앞뒤로 %를 붙여야 하는 것
  • %escapes가 필요한 경우 검색어에 포함된 %를 찾아내 escapes를 붙여야하는 것

모두를 likequery 로 한번에 해결할 수 있습니다.

select * from posts where body like likequery('pg_bigm은 전체 텍스트 검색 성능을 200% 향상시켰습니다');
likequery3

5. 마무리

전체 텍스트 검색에 있어서 pg_bigm을 도입하여 효과를 보려면 컬럼에 포함된 텍스트의 양이 많거나 자주 액세스가 있어 한번의 검색당 처리량을 줄이는 데 의미가있는 경우라고 할 수 있습니다.

대량의 데이터가 인덱스로 만들어지기 때문에 이 인덱스로 인해서 해당 테이블의 INSERT 또는 UPDATE 에는 인덱스 업데이트 처리가 추가되므로 무작정 도입하기 보다는 테스트를 해보고 결정하시는 것을 추천드립니다.

참고

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