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PostgreSQL中表的繼承和分區(qū)怎么實現(xiàn)

發(fā)布時間:2021-11-26 09:13:50 來源:億速云 閱讀:183 作者:小新 欄目:關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

這篇文章主要介紹PostgreSQL中表的繼承和分區(qū)怎么實現(xiàn),文中介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們一定要看完!

一、表的繼承:


    這個概念對于很多已經(jīng)熟悉其他數(shù)據(jù)庫編程的開發(fā)人員而言會多少有些陌生,然而它的實現(xiàn)方式和設(shè)計原理卻是簡單易懂,現(xiàn)在就讓我們從一個簡單的例子開始吧。
    1. 第一個繼承表:
    CREATE TABLE cities (   --父表
        name        text,
        population float,
        altitude     int
    );
    CREATE TABLE capitals ( --子表
        state      char(2)
    ) INHERITS (cities);
    capitals表繼承自cities表的所有屬性。在PostgreSQL里,一個表可以從零個或多個其它表中繼承屬性,而且一個查詢既可以引用父表中的所有行,也可以引用父表的所有行加上其所有子表的行,其中后者是缺省行為。
    MyTest=# INSERT INTO cities values('Las Vegas', 1.53, 2174);  --插入父表
    INSERT 0 1
    MyTest=# INSERT INTO cities values('Mariposa',3.30,1953);     --插入父表
    INSERT 0 1
    MyTest=# INSERT INTO capitals values('Madison',4.34,845,'WI');--插入子表
    INSERT 0 1
    MyTest=# SELECT name, altitude FROM cities WHERE altitude > 500; --父表和子表的數(shù)據(jù)均被取出。
       name     | altitude
    -----------+----------
     Las Vegas |     2174
     Mariposa   |     1953
     Madison    |      845
    (3 rows)
    
    MyTest=# SELECT name, altitude FROM capitals WHERE altitude > 500; --只有子表的數(shù)據(jù)被取出。
      name   | altitude
    ---------+----------
     Madison |      845
    (1 row)

    如果希望只從父表中提取數(shù)據(jù),則需要在SQL中加入ONLY關(guān)鍵字,如:
    MyTest=# SELECT name,altitude FROM ONLY cities WHERE altitude > 500;
       name     | altitude
    -----------+----------
     Las Vegas |     2174
     Mariposa   |     1953
    (2 rows)
    上例中cities前面的"ONLY"關(guān)鍵字表示該查詢應(yīng)該只對cities進(jìn)行查找而不包括繼承級別低于cities的表。許多我們已經(jīng)討論過的命令--SELECT,UPDATE和DELETE--支持這個"ONLY"符號。
    在執(zhí)行整表數(shù)據(jù)刪除時,如果直接truncate父表,此時父表和其所有子表的數(shù)據(jù)均被刪除,如果只是truncate子表,那么其父表的數(shù)據(jù)將不會變化,只是子表中的數(shù)據(jù)被清空。
    MyTest=# TRUNCATE TABLE cities;  --父表和子表的數(shù)據(jù)均被刪除。
    TRUNCATE TABLE
    MyTest=# SELECT * FROM capitals;
     name | population | altitude | state
    ------+------------+----------+-------
    (0 rows)
    
    2. 確定數(shù)據(jù)來源:
    有時候你可能想知道某條記錄來自哪個表。在每個表里我們都有一個系統(tǒng)隱含字段tableoid,它可以告訴你表的來源:
    MyTest=# SELECT tableoid, name, altitude FROM cities WHERE altitude > 500;
     tableoid |   name    | altitude
    ----------+-----------+----------
        16532 | Las Vegas |     2174
        16532 | Mariposa  |     1953
        16538 | Madison   |      845
    (3 rows)
    以上的結(jié)果只是給出了tableoid,僅僅通過該值,我們還是無法看出實際的表名。要完成此操作,我們就需要和系統(tǒng)表pg_class進(jìn)行關(guān)聯(lián),以通過tableoid字段從該表中提取實際的表名,見以下查詢:
    MyTest=# SELECT p.relname, c.name, c.altitude FROM cities c,pg_class p WHERE c.altitude > 500 and c.tableoid = p.oid;
     relname  |   name    | altitude
    ----------+-----------+----------
     cities    | Las Vegas |     2174
     cities    | Mariposa   |     1953
     capitals | Madison    |      845
    (3 rows)
    
    3. 數(shù)據(jù)插入的注意事項:
    繼承并不自動從INSERT或者COPY中向繼承級別中的其它表填充數(shù)據(jù)。在我們的例子里,下面的INSERT語句不會成功:
    INSERT INTO cities (name, population, altitude, state) VALUES ('New York', NULL, NULL, 'NY');
    我們可能希望數(shù)據(jù)被傳遞到capitals表里面去,但是這是不會發(fā)生的:INSERT總是插入明確聲明的那個表。
    
    4. 多表繼承:
    一個表可以從多個父表繼承,這種情況下它擁有父表們的字段的總和。子表中任意定義的字段也會加入其中。如果同一個字段名出現(xiàn)在多個父表中,或者同時出現(xiàn)在父表和子表的定義里,那么這些字段就會被"融合",這樣在子表里面就只有一個這樣的字段。要想融合,字段必須是相同的數(shù)據(jù)類型,否則就會拋出一個錯誤。融合的字段將會擁有它所繼承的字段的所有約束。
    CREATE TABLE parent1 (FirstCol integer);
    CREATE TABLE parent2 (FirstCol integer, SecondCol varchar(20));
    CREATE TABLE parent3 (FirstCol varchar(200)); 
    --子表child1將同時繼承自parent1和parent2表,而這兩個父表中均包含integer類型的FirstCol字段,因此child1可以創(chuàng)建成功。
    CREATE TABLE child1 (MyCol timestamp) INHERITS (parent1,parent2);
    --子表child2將不會創(chuàng)建成功,因為其兩個父表中均包含F(xiàn)irstCol字段,但是它們的類型不相同。
    CREATE TABLE child2 (MyCol timestamp) INHERITS (parent1,parent3);
    --子表child3同樣不會創(chuàng)建成功,因為它和其父表均包含F(xiàn)irstCol字段,但是它們的類型不相同。
    CREATE TABLE child3 (FirstCol varchar(20)) INHERITS(parent1);

    5. 繼承和權(quán)限:
    表訪問權(quán)限并不會自動繼承。因此,一個試圖訪問父表的用戶還必須具有訪問它的所有子表的權(quán)限,或者使用ONLY關(guān)鍵字只從父表中提取數(shù)據(jù)。在向現(xiàn)有的繼承層次添加新的子表的時候,請注意給它賦予所有權(quán)限。     
    繼承特性的一個嚴(yán)重的局限性是索引(包括唯一約束)和外鍵約束只施用于單個表,而不包括它們的繼承的子表。這一點不管對引用表還是被引用表都是事實,因此在上面的例子里,如果我們聲明cities.name為UNIQUE或者是一個PRIMARY KEY,那么也不會阻止capitals表擁有重復(fù)了名字的cities數(shù)據(jù)行。 并且這些重復(fù)的行缺省時在查詢cities表的時候會顯示出來。實際上,缺省時capitals將完全沒有唯一約束,因此可能包含帶有同名的多個行。你應(yīng)該給capitals增加唯一約束,但是這樣做也不會避免與cities的重復(fù)。類似,如果我們聲明cities.name REFERENCES某些其它的表,這個約束不會自動廣播到capitals。在這種條件下,你可以通過手工給capitals 增加同樣的REFERENCES約束來做到這點。
    
二、分區(qū)表:

    1. 概述分區(qū)表:
    分區(qū)的意思是把邏輯上的一個大表分割成物理上的幾塊兒,分區(qū)可以提供若干好處:
    1). 某些類型的查詢性能可以得到極大提升。
    2). 更新的性能也可以得到提升,因為表的每塊的索引要比在整個數(shù)據(jù)集上的索引要小。如果索引不能全部放在內(nèi)存里,那么在索引上的讀和寫都會產(chǎn)生更多的磁盤訪問。
    3). 批量刪除可以用簡單地刪除某個分區(qū)來實現(xiàn)。
    4). 將很少用的數(shù)據(jù)可以移動到便宜的、慢一些地存儲介質(zhì)上。 
    假設(shè)當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫并不支持分區(qū)表,而我們的應(yīng)用所需處理的數(shù)據(jù)量也非常大,對于這種應(yīng)用場景,我們不得不人為的將該大表按照一定的規(guī)則,手工拆分成多個小表,讓每個小表包含不同區(qū)間的數(shù)據(jù)。這樣一來,我們就必須在數(shù)據(jù)插入、更新、刪除和查詢之前,先計算本次的指令需要操作的小表。對于有些查詢而言,由于查詢區(qū)間可能會跨越多個小表,這樣我們又不得不將多個小表的查詢結(jié)果進(jìn)行union操作,以合并來自多個表的數(shù)據(jù),并最終形成一個結(jié)果集返回給客戶端??梢?,如果我們正在使用的數(shù)據(jù)庫不支持分區(qū)表,那么在適合其應(yīng)用的場景下,我們就需要做很多額外的編程工作以彌補(bǔ)這一缺失。然而需要說明的是,盡管功能可以勉強(qiáng)應(yīng)付,但是性能卻和分區(qū)表無法相提并論。
    目前PostgreSQL支持的分區(qū)形式主要為以下兩種:
    1). 范圍分區(qū): 表被一個或者多個鍵字字段分區(qū)成"范圍",在這些范圍之間沒有重疊的數(shù)值分布到不同的分區(qū)里。比如,我們可以為特定的商業(yè)對象根據(jù)數(shù)據(jù)范圍分區(qū),或者根據(jù)標(biāo)識符范圍分區(qū)。
    2). 列表分區(qū): 表是通過明確地列出每個分區(qū)里應(yīng)該出現(xiàn)那些鍵字值實現(xiàn)的。 

    2. 實現(xiàn)分區(qū):
    1). 創(chuàng)建"主表",所有分區(qū)都從它繼承。
    CREATE TABLE measurement (            --主表
        city_id      int    NOT NULL,
        logdate     date  NOT NULL,
        peaktemp int,
    );    
    2). 創(chuàng)建幾個"子"表,每個都從主表上繼承。通常,這些"子"表將不會再增加任何字段。我們將把子表稱作分區(qū),盡管它們就是普通的PostgreSQL表。
    CREATE TABLE measurement_yy04mm02 ( ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy04mm03 ( ) INHERITS (measurement);
    ...
    CREATE TABLE measurement_yy05mm11 ( ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy05mm12 ( ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy06mm01 ( ) INHERITS (measurement);
    上面創(chuàng)建的子表,均已年、月的形式進(jìn)行范圍劃分,不同年月的數(shù)據(jù)將歸屬到不同的子表內(nèi)。這樣的實現(xiàn)方式對于清空分區(qū)數(shù)據(jù)而言將極為方便和高效,即直接執(zhí)行DROP TABLE語句刪除相應(yīng)的子表,之后在根據(jù)實際的應(yīng)用考慮是否重建該子表(分區(qū))。相比于直接DROP子表,PostgreSQL還提供了另外一種更為方便的方式來管理子表:
    ALTER TABLE measurement_yy06mm01 NO INHERIT measurement;
    和直接DROP相比,該方式僅僅是使子表脫離了原有的主表,而存儲在子表中的數(shù)據(jù)仍然可以得到訪問,因為此時該表已經(jīng)被還原成一個普通的數(shù)據(jù)表了。這樣對于數(shù)據(jù)庫的DBA來說,就可以在此時對該表進(jìn)行必要的維護(hù)操作,如數(shù)據(jù)清理、歸檔等,在完成諸多例行性的操作之后,就可以考慮是直接刪除該表(DROP TABLE),還是先清空該表的數(shù)據(jù)(TRUNCATE TABLE),之后再讓該表重新繼承主表,如:
    ALTER TABLE measurement_yy06mm01 INHERIT measurement;
    3). 給分區(qū)表增加約束,定義每個分區(qū)允許的健值。同時需要注意的是,定義的約束要確保在不同的分區(qū)里不會有相同的鍵值。因此,我們需要將上面"子"表的定義修改為以下形式:
    CREATE TABLE measurement_yy04mm02 (
        CHECK ( logdate >= DATE '2004-02-01' AND logdate < DATE '2004-03-01')
    ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy04mm03 (
        CHECK (logdate >= DATE '2004-03-01' AND logdate < DATE '2004-04-01')
    ) INHERITS (measurement);
    ...
    CREATE TABLE measurement_yy05mm11 (
        CHECK (logdate >= DATE '2005-11-01' AND logdate < DATE '2005-12-01')
    ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy05mm12 (
        CHECK (logdate >= DATE '2005-12-01' AND logdate < DATE '2006-01-01')
    ) INHERITS (measurement);
    CREATE TABLE measurement_yy06mm01 (
        CHECK (logdate >= DATE '2006-01-01' AND logdate < DATE '2006-02-01')
    ) INHERITS (measurement);    
    4). 盡可能基于鍵值創(chuàng)建索引。如果需要,我們也同樣可以為子表中的其它字段創(chuàng)建索引。
    CREATE INDEX measurement_yy04mm02_logdate ON measurement_yy04mm02 (logdate);
    CREATE INDEX measurement_yy04mm03_logdate ON measurement_yy04mm03 (logdate);
    ...
    CREATE INDEX measurement_yy05mm11_logdate ON measurement_yy05mm11 (logdate);
    CREATE INDEX measurement_yy05mm12_logdate ON measurement_yy05mm12 (logdate);
    CREATE INDEX measurement_yy06mm01_logdate ON measurement_yy06mm01 (logdate);    
    5). 定義一個規(guī)則或者觸發(fā)器,把對主表的修改重定向到適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)表。
    如果數(shù)據(jù)只進(jìn)入最新的分區(qū),我們可以設(shè)置一個非常簡單的規(guī)則來插入數(shù)據(jù)。我們必須每個月都重新定義這個規(guī)則,即修改重定向插入的子表名,這樣它總是指向當(dāng)前分區(qū)。
    CREATE OR REPLACE RULE measurement_current_partition AS
    ON INSERT TO measurement
    DO INSTEAD
    INSERT INTO measurement_yy06mm01 VALUES (NEW.city_id, NEW.logdate, NEW.peaktemp);
    其中NEW是關(guān)鍵字,表示新數(shù)據(jù)字段的集合。這里可以通過點(.)操作符來獲取集合中的每一個字段。
    我們可能想插入數(shù)據(jù)并且想讓服務(wù)器自動定位應(yīng)該向哪個分區(qū)插入數(shù)據(jù)。我們可以用像下面這樣的更復(fù)雜的規(guī)則集來實現(xiàn)這個目標(biāo)。
    CREATE RULE measurement_insert_yy04mm02 AS
    ON INSERT TO measurement WHERE (logdate >= DATE '2004-02-01' AND logdate < DATE '2004-03-01')
    DO INSTEAD
    INSERT INTO measurement_yy04mm02 VALUES (NEW.city_id, NEW.logdate, NEW.peaktemp);
    ...
    CREATE RULE measurement_insert_yy05mm12 AS
    ON INSERT TO measurement WHERE (logdate >= DATE '2005-12-01' AND logdate < DATE '2006-01-01')
    DO INSTEAD
    INSERT INTO measurement_yy05mm12 VALUES (NEW.city_id, NEW.logdate, NEW.peaktemp);
    CREATE RULE measurement_insert_yy06mm01 AS
    ON INSERT TO measurement WHERE (logdate >= DATE '2006-01-01' AND logdate < DATE '2006-02-01')
    DO INSTEAD
    INSERT INTO measurement_yy06mm01 VALUES (NEW.city_id, NEW.logdate, NEW.peaktemp);    
    請注意每個規(guī)則里面的WHERE子句正好匹配其分區(qū)的CHECK約束。
    可以看出,一個復(fù)雜的分區(qū)方案可能要求相當(dāng)多的DDL。在上面的例子里我們需要每個月創(chuàng)建一次新分區(qū),因此寫一個腳本自動生成需要的DDL是明智的。除此之外,我們還不難推斷出,分區(qū)表對于新數(shù)據(jù)的批量插入操作有一定的抑制,這一點在Oracle中也同樣如此。  
    除了上面介紹的通過Rule的方式重定向主表的數(shù)據(jù)到各個子表,我們還可以通過觸發(fā)器的方式來完成此操作,相比于基于Rule的重定向方法,基于觸發(fā)器的方式可能會帶來更好的插入效率,特別是針對非批量插入的情況。然而對于批量插入而言,由于Rule的額外開銷是基于表的,而不是基于行的,因此效果會好于觸發(fā)器方式。另一個需要注意的是,copy操作將會忽略Rules,如果我們想要通過COPY方法來插入數(shù)據(jù),你只能將數(shù)據(jù)直接copy到正確的子表,而不是主表。這種限制對于觸發(fā)器來說是不會造成任何問題的?;赗ule的重定向方式還存在另外一個問題,就是當(dāng)插入的數(shù)據(jù)不在任何子表的約束中時,PostgreSQL也不會報錯,而是將數(shù)據(jù)直接保留在主表中。
    6). 添加新分區(qū):
    這里將介紹兩種添加新分區(qū)的方式,第一種方法簡單且直觀,我們只是創(chuàng)建新的子表,同時為其定義新的檢查約束,如:
    CREATE TABLE measurement_y2008m02 (
        CHECK ( logdate >= DATE '2008-02-01' AND logdate < DATE '2008-03-01' )
    ) INHERITS (measurement);
    第二種方法的創(chuàng)建步驟相對繁瑣,但更為靈活和實用。見以下四步:
    /* 創(chuàng)建一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)表(measurement_y2008m02),該表在創(chuàng)建時以將來的主表(measurement)為模板,包含模板表的缺省值(DEFAULTS)和一致性約束(CONSTRAINTS)。*/
    CREATE TABLE measurement_y2008m02
        (LIKE measurement INCLUDING DEFAULTS INCLUDING CONSTRAINTS);
    /* 為該表創(chuàng)建未來作為子表時需要使用的檢查約束。*/
    ALTER TABLE measurement_y2008m02 ADD CONSTRAINT y2008m02
        CHECK (logdate >= DATE '2008-02-01' AND logdate < DATE '2008-03-01');
    /* 導(dǎo)入數(shù)據(jù)到該表。下面只是給出一種導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方式作為例子。在導(dǎo)入數(shù)據(jù)之后,如有可能,還可以做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理,如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、過濾等。*/
    \copy measurement_y2008m02 from 'measurement_y2008m02'
    /* 在適當(dāng)?shù)臅r候,或者說在需要的時候,讓該表繼承主表。*/
    ALTER TABLE measurement_y2008m02 INHERIT measurement;
    7). 確保postgresql.conf里的配置參數(shù)constraint_exclusion是打開的。沒有這個參數(shù),查詢不會按照需要進(jìn)行優(yōu)化。這里我們需要做的是確保該選項在配置文件中沒有被注釋掉。
    /> pwd
    /opt/PostgreSQL/9.1/data
    /> cat postgresql.conf | grep "constraint_exclusion"
    constraint_exclusion = partition        # on, off, or partition

    3. 分區(qū)和約束排除:
    約束排除(Constraint exclusion)是一種查詢優(yōu)化技巧,它改進(jìn)了用上面方法定義的表分區(qū)的性能。比如:
    SET constraint_exclusion = on;
    SELECT count(*) FROM measurement WHERE logdate >= DATE '2006-01-01';
    如果沒有約束排除,上面的查詢會掃描measurement表中的每一個分區(qū)。打開了約束排除之后,規(guī)劃器將檢查每個分區(qū)的約束然后再視圖證明該分區(qū)不需要被掃描,因為它不能包含任何符合WHERE子句條件的數(shù)據(jù)行。如果規(guī)劃器可以證明這個,它就把該分區(qū)從查詢規(guī)劃里排除出去。
    你可以使用EXPLAIN命令顯示一個規(guī)劃在constraint_exclusion打開和關(guān)閉情況下的不同。用上面方法設(shè)置的表的典型的缺省規(guī)劃是:    
    SET constraint_exclusion = off;
    EXPLAIN SELECT count(*) FROM measurement WHERE logdate >= DATE '2006-01-01';    
                                              QUERY PLAN
    -----------------------------------------------------------------------------------------------
     Aggregate  (cost=158.66..158.68 rows=1 width=0)
       ->  Append  (cost=0.00..151.88 rows=2715 width=0)
             ->  Seq Scan on measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
             ->  Seq Scan on measurement_yy04mm02 measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
             ->  Seq Scan on measurement_yy04mm03 measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
    ...
             ->  Seq Scan on measurement_yy05mm12 measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
             ->  Seq Scan on measurement_yy06mm01 measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)


    從上面的查詢計劃中可以看出,PostgreSQL掃描了所有分區(qū)。下面我們再看一下打開約束排除之后的查詢計劃:
    SET constraint_exclusion = on;
    EXPLAIN SELECT count(*) FROM measurement WHERE logdate >= DATE '2006-01-01';    
                                              QUERY PLAN
    -----------------------------------------------------------------------------------------------
     Aggregate  (cost=63.47..63.48 rows=1 width=0)
       ->  Append  (cost=0.00..60.75 rows=1086 width=0)
             ->  Seq Scan on measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
             ->  Seq Scan on measurement_yy06mm01 measurement  (cost=0.00..30.38 rows=543 width=0)
                   Filter: (logdate >= '2006-01-01'::date)
    請注意,約束排除只由CHECK約束驅(qū)動,而不會由索引驅(qū)動。
    目前版本的PostgreSQL中該配置的缺省值是partition,該值是介于on和off之間的一種行為方式,即規(guī)劃器只會將約束排除應(yīng)用于基于分區(qū)表的查詢,而on設(shè)置則會為所有查詢都進(jìn)行約束排除,那么對于普通數(shù)據(jù)表而言,也將不得不承擔(dān)由該機(jī)制而產(chǎn)生的額外開銷。
    
    約束排除在使用時有以下幾點注意事項:
    1). 約束排除只是在查詢的WHERE子句包含約束的時候才生效。一個參數(shù)化的查詢不會被優(yōu)化,因為在運(yùn)行時規(guī)劃器不知道該參數(shù)會選擇哪個分區(qū)。因此像CURRENT_DATE這樣的函數(shù)必須避免。把分區(qū)鍵值和另外一個表的字段連接起來也不會得到優(yōu)化。
    2). 在CHECK約束里面要避免跨數(shù)據(jù)類型的比較,因為目前規(guī)劃器會無法證明這樣的條件為假。比如,下面的約束會在x是整數(shù)字段的時候可用,但是在x是一個bigint的時候不能用:
    CHECK (x = 1)
    對于bigint字段,我們必須使用類似下面這樣的約束:
    CHECK (x = 1::bigint)
    這個問題并不僅僅局限于bigint數(shù)據(jù)類型,它可能會發(fā)生在任何約束的缺省數(shù)據(jù)類型與其比較的字段的數(shù)據(jù)類型不匹配的場合。在提交的查詢里的跨數(shù)據(jù)類型的比較通常是OK的,只是不能在CHECK條件里。
    3). 在主表上的UPDATE和DELETE命令并不執(zhí)行約束排除。
    4). 在規(guī)劃器進(jìn)行約束排除時,主表上的所有分區(qū)的所有約束都將會被檢查,因此,大量的分區(qū)會顯著增加查詢規(guī)劃的時間。
    5). 在執(zhí)行ANALYZE語句時,要為每一個分區(qū)都執(zhí)行該命令,而不是僅僅對主表執(zhí)行該命令。

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