从窗口函数推导 TopN 或 Limit：读懂 TiDB 的六种执行计划

原文：PingCAP 及 TiDB 文档贡献者《从窗口函数中推导 TopN 或 Limit》。本文依据官方中文 stable 页面整理；随稿页面快照的版本导航显示 v8.5，本轮于 2026 年 10 月 8 日复核了页面内容。本功能自 v7.0.0 引入。本文保留六组示例的语义和执行计划要点，并明确标注编辑修正；没有执行 SQL 或测量性能。

窗口函数常用来给行编号，再由外层查询筛选前几行。看起来只要三行，数据库却可能先排序整张表，为所有行计算编号，最后才丢弃绝大多数结果。TiDB 的这条优化规则会识别这种模式，从窗口函数及其上层过滤条件中推导出 TopN 或 Limit，让更少的数据进入后续窗口计算。

编辑绘制：算子的逻辑位置示意，不是执行截图或性能测量。分区查询的 TopN 或 Limit 分别作用于每个分组。

先理解改写的含义

SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY a) AS rownumber
  FROM t
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

按直接的执行顺序，TiDB 对 t 的数据排序，生成行号，再执行 rownumber <= 3。推导 TopN 后，可以用下面的 SQL 表达其逻辑效果：

WITH t_topN AS (
  SELECT a FROM t ORDER BY a LIMIT 3
)
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY a) AS rownumber
  FROM t_topN
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

编辑修正：原文前一条查询使用 t，改写示意却读取 t1。这里统一为 t，只修正名称，未改变优化意图。这段改写用于解释规则，不要求应用手工把所有窗口查询改成 CTE。

TopN 只需保留排序后的前 N 行，可能降低排序及后续计算的工作量。TiKV 和 TiFlash 都支持 TopN 下推，进一步减少返回上层的数据量。但是否获得性能收益取决于数据分布、访问路径和实际计划，本文没有提供速度倍数保证。

开关与支持范围

原文所述版本默认关闭这条规则。可在当前会话启用，完成核对后也可关闭：

SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;
-- 当前会话关闭：
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = OFF;

官方文档还提供通过优化规则黑名单关闭此规则的管理方式。它不同于当前会话开关，涉及管理员权限；生效范围与集群节点操作按目标版本的黑名单文档确认。不要把本页 stable 的默认值当作未来版本的固定承诺，也不要将集群级变更当作单会话设置。

仅支持 ROW_NUMBER()。开头提到 RANK() 是在介绍编号类窗口函数，并不表示该函数支持此改写。
过滤必须针对 ROW_NUMBER() 的结果，且为 < 或 <=。不能据此推断等号、下界或复杂谓词一定适用。
存在 PARTITION BY 时，分区列必须是主键的前缀，而且主键必须是聚簇索引。

下面六组示例原本反复创建同名表。为便于读者在一个隔离测试库中对照，本文改用不同表名；没有加入会删除已有数据的清理语句。CREATE TABLE 会写入模式信息，表名若已存在，应停止并检查，不能直接覆盖生产对象。

示例一：不分区，也不排序

CREATE TABLE wwj_window_plain(id INT, value INT);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER () AS rownumber
  FROM wwj_window_plain
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

没有排序要求，前置算子可用 Limit。原文计划的关键路径如下，数值为原文的估算行数：

Projection  estRows 2.40
└─Selection  estRows 2.40  le(rownumber, 3)
  └─Window   estRows 3.00  row_number()
    └─Limit  estRows 3.00  offset:0, count:3
      └─TableReader
        └─Limit          cop[tikv], offset:0, count:3
          └─TableFullScan keep order:false, stats:pseudo

关键是 Window 下方多出 Limit，且 TiKV 侧也出现 Limit。没有 ORDER BY 的“前三行”没有业务上的稳定顺序；结果可用于演示规则，不能用于要求固定行选择的分页。

示例二：不分区，但按 value 排序

CREATE TABLE wwj_window_ordered(id INT, value INT);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY value) AS rownumber
  FROM wwj_window_ordered
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

Projection  estRows 2.40
└─Selection  estRows 2.40
  └─Window   estRows 3.00  order by value
    └─TopN   estRows 3.00  value, offset:0, count:3
      └─TableReader
        └─TopN           cop[tikv], value, offset:0, count:3
          └─TableFullScan estRows 10000.00, stats:pseudo

这里必须比较排序值，因此推导出 TopN。扫描估算行数仍为 10000，并不表示只读取了三行；优化减少的是保留、传递和后续处理的数据。value 有重复时，仅按它排序不足以确定相同行之间的先后。如应用需要确定结果，应在实际查询中加入能唯一确定顺序的键，并重新检查计划；本文不把这样的额外排序条件伪装成原文示例。

示例三：按聚簇主键前缀分区，不排序

CREATE TABLE wwj_window_partition(
  id1 INT, id2 INT, value1 INT, value2 INT,
  PRIMARY KEY(id1, id2) CLUSTERED
);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY id1) AS rownumber
  FROM wwj_window_partition
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

Projection → Selection → Shuffle → Window
  → Sort(id1) → TableReader
    → Limit [cop[tikv]]
      partition by id1, offset:0, count:3
      → TableFullScan

id1 是聚簇主键 (id1, id2) 的前缀，满足条件。TiKV 侧出现的不是全表只取三行的 Limit，而是 partition Limit：对每一组相同 id1 的数据分别限制为三行。上层仍可出现 Sort、Window 和 Shuffle，不要以“还有排序”为由判断规则没有生效。

示例四：按聚簇主键前缀分区，并排序

CREATE TABLE wwj_window_partition_ordered(
  id1 INT, id2 INT, value1 INT, value2 INT,
  PRIMARY KEY(id1, id2) CLUSTERED
);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (
    PARTITION BY id1 ORDER BY value1
  ) AS rownumber
  FROM wwj_window_partition_ordered
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

Projection → Selection → Shuffle → Window
  → Sort(id1, value1) → TableReader
    → TopN [cop[tikv]]
      partition by id1 order by value1, offset:0, count:3
      → TableFullScan

此时推导出 partition TopN，每个 id1 分组内部按 value1 选择前三行。它与全局 ORDER BY value1 LIMIT 3 的语义不同，不能互换。原文扫描估算为 10000 行，TopN 及其上层估算显示为 3；这些是原文计划的估算展示，不是每组数量分布或实际读取行数的实验记录。

value1 若有并列值，该列不足以确定组内的先后或稳定选出哪三行。业务需要可重复的行选择时，应在目标 SQL 的窗口排序中加入唯一键，并重新核对计划；这条建议不是原文示例中的 SQL。

示例五：分区列不是主键前缀

CREATE TABLE wwj_window_wrong_prefix(
  id1 INT, id2 INT, value1 INT, value2 INT,
  PRIMARY KEY(id1, id2) CLUSTERED
);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY value1) AS rownumber
  FROM wwj_window_wrong_prefix
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

分区列换成了 value1，它不是主键前缀。原文计划为 Projection、Selection、Shuffle、Window、Sort、TableReader 和 TableFullScan，没有下推的 Limit 或 TopN。Window 与扫描的估算行数仍为 10000，过滤后为 8000；不能把这些估算解释为实际返回了 8000 行。

示例六：有主键前缀，但主键不是聚簇索引

CREATE TABLE wwj_window_nonclustered(
  id1 INT, id2 INT, value1 INT, value2 INT,
  PRIMARY KEY(id1, id2) NONCLUSTERED
);
SET SESSION tidb_opt_derive_topn = ON;

EXPLAIN
SELECT *
FROM (
  SELECT ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY id1) AS rownumber
  FROM wwj_window_nonclustered USE INDEX()
) AS dt
WHERE rownumber <= 3;

id1 仍是主键前缀，但主键变为非聚簇索引。原文保留 USE INDEX() 的访问路径约束，计划同样没有被此规则改写。聚簇条件与前缀条件必须同时满足，不能只检查 SQL 中有没有主键。

如何核对自己的查询

先核对 TiDB 版本、会话变量与表定义，再逐一确认窗口函数、过滤运算符、分区列和聚簇主键。随后查看 EXPLAIN 中 Window 下方是否出现正确的全局或分区 TopN/Limit，以及它是否进入存储层。原文为说明结构使用了伪统计信息（stats:pseudo），算子编号也会随版本和计划改变，不能把固定编号作为判断标准。

如果要证明性能收益，需要在授权测试环境、可比较的数据和负载下另行采样；EXPLAIN ANALYZE 会实际执行查询，并不是本轮完成的工作。这里完成的是 SQL 与计划的静态核对。示例没有拼接外部输入，也没有嵌入凭证；这项有限审查不等于对应用查询和数据库部署的全面安全保证。

来源：PingCAP 官方原文；tidb_opt_derive_topn 文档；优化规则黑名单文档。原文页面无个人作者署名，页面及 docs-cn 仓库声明版权归 PingCAP；整理改编部分依据仓库许可声明，按 CC BY-SA 3.0 提供，并按许可“按原样”提供、不作担保。改动包括重组和改写说明、修正 t/t1 名称不一致、拆分示例表名、精简计划展示、补充估算/并列排序/操作范围说明。配图为未完纪编辑原创绘制；本文不表示 PingCAP 为本稿背书。

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THE END