XTDB项目中多态列连接问题的技术解析与解决方案

在分布式数据库系统XTDB的开发过程中，开发团队发现了一个关于多态列(polymorphic columns)连接操作的重要技术问题。这个问题最初由团队成员FiV0在测试用例中发现并报告，随后经过团队深入分析和解决。

问题背景

在XTDB中，多态列是指可以存储不同类型数据的列。例如，一个列可能同时包含整数和浮点数，或者包含不同精度的时间戳数据。测试用例清晰地展示了这个问题：

(xt/submit-tx tu/*node* [[:put-docs :docs {:xt/id 1 :a 1}]
                         [:put-docs :docs2 {:xt/id 1 :a 1.0}]])

(xt/q tu/*node* "SELECT d1.a a1, d2.a a2 FROM docs d1, docs2 d2 WHERE d1.a = d2.a")

理论上，这个查询应该返回结果[{:a1 1, :a2 1.0}]，因为整数1和浮点数1.0在逻辑上是相等的。然而，由于XTDB内部处理多态列连接的方式存在问题，这个查询无法正确执行。

技术分析

问题的核心在于XTDB的连接逻辑没有正确处理不同类型但逻辑上相等的值。具体来说：

1. 哈希计算问题：XTDB在连接操作时会对列值进行哈希计算，但当前的实现没有考虑不同类型值的逻辑等价性。例如，整数1和浮点数1.0虽然逻辑上相等，但它们的哈希值不同。

2. 类型层次结构：XTDB内部有一个类型层次结构(type hierarchy)，比如所有数字类型(double、int等)有一个共同的超类型，时间戳类型也有不同精度的超类型。

3. 元数据比较：当前的元数据比较逻辑基于num-types进行哈希，而没有考虑逻辑等价性。

解决方案

开发团队提出了以下解决方案：

1. 统一哈希计算：修改哈希计算逻辑，使其基于最宽泛的超类型。例如：

   • 对于数字类型，统一使用double类型进行哈希
   • 对于时间戳类型，使用最高精度(如:timestamp-tz :nano)进行哈希

2. 简化元数据比较：移除基于num-types的哈希逻辑，因为新的统一哈希方法已经确保了逻辑等价值的哈希一致性。

3. 索引更新：由于哈希计算方式的改变会影响磁盘上的布隆过滤器(Bloom filter)，需要进行索引版本升级(index-bump)。

实施细节

在实施过程中，团队重点关注了以下几个测试场景：

1. 连接操作测试：确保不同类型但逻辑相等的值能够正确连接
2. 分组操作测试：验证GROUP BY操作在多态列上的正确性
3. 布隆过滤器下推测试：确保查询优化器能够正确利用布隆过滤器进行谓词下推

影响与意义

这个修复对XTDB用户具有重要意义：

1. 时间戳处理：特别影响时间戳数据的处理，因为XTDB支持不同精度的时间戳类型
2. 数值比较：虽然实际应用中较少会直接比较整数和浮点数，但修复确保了系统行为的正确性
3. 系统一致性：增强了系统在处理多态数据时的一致性预期

总结

XTDB团队通过深入分析多态列连接问题，提出了基于超类型统一哈希的解决方案。这一改进不仅修复了特定场景下的查询问题，还增强了系统处理多态数据的整体健壮性。通过索引版本升级，确保了变更的平滑过渡，为用户提供了更加可靠的数据处理能力。

这个案例也展示了开源项目如何通过社区协作发现和解决问题，体现了XTDB团队对系统正确性和一致性的高度重视。