En SQL Server, ¿puedo garantizar un pedido sin una cláusula explícita ORDER BY cuando una búsqueda de índice se fuerza en una tabla con solo un índice agrupado?

Actualizar 2014-12-18

Dado que la respuesta abrumadora a la pregunta principal es "No", las respuestas más interesantes se han centrado en la parte 2, cómo resolver el acertijo de rendimiento de forma explícita ORDER BY. Aunque ya marqué una respuesta, no me sorprendería si hubiera una solución aún mejor.

Original

Esta pregunta surgió porque la única solución extremadamente rápida que pude encontrar para un problema en particular solo funciona sin una ORDER BYcláusula. A continuación se muestra el T-SQL completo necesario para producir el problema, junto con mi solución propuesta (estoy usando SQL Server 2008 R2, si eso es importante).

--Create Orders table
IF OBJECT_ID('tempdb..#Orders') IS NOT NULL DROP TABLE #Orders
CREATE TABLE #Orders
(  
       OrderID    INT NOT NULL IDENTITY(1,1)
     , CustID     INT NOT NULL
     , StoreID    INT NOT NULL       
     , Amount     FLOAT NOT NULL
)
CREATE CLUSTERED INDEX IX ON #Orders (StoreID, Amount DESC, CustID)

--Add 1 million rows w/ 100K Customers each of whom had 10 orders
;WITH  
    Cte0 AS (SELECT 1 AS C UNION ALL SELECT 1), --2 rows  
    Cte1 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte0 AS A, Cte0 AS B),--4 rows  
    Cte2 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte1 AS A ,Cte1 AS B),--16 rows 
    Cte3 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte2 AS A ,Cte2 AS B),--256 rows 
    Cte4 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte3 AS A ,Cte3 AS B),--65536 rows 
    Cte5 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte4 AS A ,Cte2 AS B),--1048576 rows 
    FinalCte AS (SELECT  ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY C) AS Number FROM   Cte5)
INSERT INTO #Orders (CustID, StoreID, Amount)
SELECT CustID = Number / 10
     , StoreID    = Number % 4
     , Amount     = 1000 * RAND(Number)
FROM  FinalCte
WHERE Number <= 1000000

SET STATISTICS IO ON
SET STATISTICS TIME ON

--For StoreID = 1, find the top 500 customers ordered by their most expensive purchase (Amount)

--Solution A: Without ORDER BY
DECLARE @Top INT = 500
SELECT DISTINCT TOP (@Top) CustID
FROM #Orders WITH(FORCESEEK)
WHERE StoreID = 1
OPTION(OPTIMIZE FOR (@Top = 1), FAST 1);
--9 logical reads, CPU Time = 0 ms, elapsed time = 1 ms
GO
--Solution B: With ORDER BY
DECLARE @Top INT = 500
SELECT TOP (@Top) CustID
FROM #Orders
WHERE StoreID = 1
GROUP BY CustID
ORDER BY MAX(Amount) DESC
OPTION(MAXDOP 1)
--745 logical reads, CPU Time = 141 ms, elapsed time = 145 ms
--Uses Sort operator

GO

Estos son los planes de ejecución para la Solución A y B, respectivamente:

La solución A proporciona el rendimiento que necesito, pero no pude lograr que funcione con el mismo rendimiento al agregar cualquier tipo de cláusula ORDER BY (por ejemplo, consulte la Solución B). Y ciertamente parece que la Solución A tendría que entregar sus resultados en orden, ya que 1) la tabla tiene solo un índice, 2) una búsqueda es forzada, eliminando así la posibilidad de usar un escaneo de órdenes de asignación basado en páginas IAM .

Entonces mis preguntas son:

1. ¿Tengo razón en que garantizará el pedido en este caso sin un pedido por cláusula?

2. Si no, ¿hay otro método para forzar un plan que sea tan rápido como la Solución A, preferiblemente uno que evite los tipos? Tenga en cuenta que tendría que resolver exactamente el mismo problema (para StoreID = 1encontrar los 500 principales clientes ordenados por el monto de compra más caro). También tendría que seguir usando la #Orderstabla, pero diferentes esquemas de indexación estarían bien.

1. ¿Tengo razón en que garantizará el pedido en este caso sin un pedido por cláusula?

No. En la actualidad, SQL Server no implementa un distintivo de flujo que conserve el orden (permitiendo ORDER BYsin ordenar). En principio, es posible hacerlo, pero muchas cosas son posibles si se nos permite cambiar el código fuente de SQL Server. Si puede presentar un buen caso para este trabajo de desarrollo, puede sugerirlo a Microsoft .

2. Si no, ¿hay otro método para forzar un plan que sea tan rápido como la Solución A, preferiblemente uno que evite los tipos?

Sí. (Las sugerencias de tabla y consulta solo son necesarias cuando se usa el estimador de cardinalidad anterior a 2014):

-- Additional index
CREATE UNIQUE NONCLUSTERED INDEX i 
ON #Orders (StoreID, CustID, Amount, OrderID);

-- Query
SELECT TOP (500) 
    O.CustID, 
    O.Amount
FROM #Orders AS O
    WITH (FORCESEEK(IX (StoreID)))
WHERE O.StoreID = 1
AND NOT EXISTS
(
    SELECT NULL
    FROM #Orders AS O2
        WITH (FORCESEEK(i (StoreID, CustID, Amount)))
    WHERE 
        O2.StoreID = O.StoreID
        AND O2.CustID = O.CustID
        AND O2.Amount >= O.Amount
        AND
        (
            O2.Amount > O.Amount
            OR
            (
                O2.Amount = O.Amount
                AND O2.OrderID > O.OrderID
            )
        )
)
ORDER BY
    O.Amount DESC
OPTION (MAXDOP 1);

(500 row(s) affected)

 SQL Server Execution Times:
   CPU time = 0 ms,  elapsed time = 4 ms.

Solución SQL CLR

El siguiente script muestra el uso de una función SQL CLR con valores de tabla para cumplir con los requisitos establecidos. No soy un experto en C #, por lo que el código puede mejorar:

USE Sandpit;
GO
-- Ensure SQLCLR is enabled
EXECUTE sys.sp_configure
    @configname = 'clr enabled',
    @configvalue = 1;
RECONFIGURE;
GO
-- Lazy, but effective to allow EXTERNAL_ACCESS
ALTER DATABASE Sandpit
SET TRUSTWORTHY ON;
GO
-- The CLR assembly
CREATE ASSEMBLY FlowDistinctOrder
AUTHORIZATION dbo
FROM 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
WITH PERMISSION_SET = EXTERNAL_ACCESS;
GO
-- The CLR TVF with order guarantee
CREATE FUNCTION dbo.FlowDistinctOrder 
(
    @ServerName nvarchar(128), 
    @DatabaseName nvarchar(128), 
    @MaxRows bigint
)
RETURNS TABLE 
(
    CustID integer NULL, 
    Amount float NULL
)
ORDER (Amount DESC)
AS EXTERNAL NAME FlowDistinctOrder.UserDefinedFunctions.FlowDistinctOrder;

Tabla de prueba y datos de muestra de la pregunta:

-- Test table
CREATE TABLE dbo.Orders
(  
    OrderID    integer  NOT NULL IDENTITY(1,1),
    CustID     integer  NOT NULL,
    StoreID    integer  NOT NULL,
    Amount     float    NOT NULL
);
GO
-- Sample data
WITH  
    Cte0 AS (SELECT 1 AS C UNION ALL SELECT 1), --2 rows  
    Cte1 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte0 AS A, Cte0 AS B),--4 rows  
    Cte2 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte1 AS A ,Cte1 AS B),--16 rows 
    Cte3 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte2 AS A ,Cte2 AS B),--256 rows 
    Cte4 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte3 AS A ,Cte3 AS B),--65536 rows 
    Cte5 AS (SELECT 1 AS C FROM Cte4 AS A ,Cte2 AS B),--1048576 rows 
    FinalCte AS (SELECT  ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY C) AS Number FROM   Cte5)
INSERT dbo.Orders 
    (CustID, StoreID, Amount)
SELECT 
    CustID  = Number / 10,
    StoreID = Number % 4,
    Amount  = 1000 * RAND(Number)
FROM FinalCte
WHERE 
    Number <= 1000000;
GO
-- Index
CREATE CLUSTERED INDEX IX 
ON dbo.Orders 
    (StoreID ASC, Amount DESC, CustID ASC);

Prueba de funcionamiento:

-- Test the function
-- Run several times to ensure connection is cached
-- and CLR code fully compiled
DECLARE @Start datetime2 = SYSUTCDATETIME();

SELECT TOP (500) 
    FDO.CustID
FROM dbo.FlowDistinctOrder
(
    @@SERVERNAME,   -- For external connection
    DB_NAME(),      -- For external connection
    500             -- Number of rows to return
) AS FDO 
ORDER BY 
    FDO.Amount DESC;

SELECT DATEDIFF(MILLISECOND, @Start, SYSUTCDATETIME());

Plan de ejecución (tenga en cuenta la validación de la ORDERgarantía):

En mi computadora portátil, esto normalmente se ejecuta en 80-100 ms. Esto no es tan rápido como la reescritura de T-SQL anterior, pero debería mostrar una buena estabilidad de rendimiento frente a las diferentes distribuciones de datos.

Código fuente:

using Microsoft.SqlServer.Server;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Data.SqlClient;

public partial class UserDefinedFunctions
{
    private sealed class ReverseComparer<T> : IComparer<T>
    {
        private readonly IComparer<T> original;

        public ReverseComparer(IComparer<T> original)
        {
            this.original = original;
        }

        public int Compare(T left, T right)
        {
            return original.Compare(right, left);
        }
    }

    [SqlFunction
        (
        DataAccess = DataAccessKind.Read,
        SystemDataAccess = SystemDataAccessKind.None,
        FillRowMethodName = "FillRow",
        TableDefinition = "CustID integer NULL, Amount float NULL"
        )
    ]
    public static IEnumerable FlowDistinctOrder
        (
        [SqlFacet (MaxSize=128)]string ServerName, 
        [SqlFacet (MaxSize=128)]string DatabaseName,
        long MaxRows
        )
    {
        var list = new SortedDictionary<double, int>
            (new ReverseComparer<double>(Comparer<double>.Default));

        var csb = new SqlConnectionStringBuilder();
        csb.ConnectTimeout = 10;
        csb.DataSource = ServerName;
        csb.Enlist = false;
        csb.InitialCatalog = DatabaseName;
        csb.IntegratedSecurity = true;

        using (var conn = new SqlConnection(csb.ConnectionString))
        {
            conn.Open();
            using (var cmd = conn.CreateCommand())
            {
                cmd.CommandText =
                    @"
                    SELECT
                        O.CustID, 
                        O.Amount
                    FROM dbo.Orders AS O
                    WHERE 
                        O.StoreID = 1 
                    ORDER BY 
                        O.Amount DESC";

                int custid;
                double amount;

                using (var rdr = cmd.ExecuteReader())
                {
                    while (rdr.Read())
                    {
                        custid = rdr.GetInt32(0);
                        amount = rdr.GetDouble(1);

                        if (!list.ContainsKey(amount))
                        {
                            list.Add(amount, custid);
                            if (list.Count == MaxRows)
                            {
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return list;
    }

    public static void FillRow(object obj, out int CustID, out double Amount)
    {
        var v = (KeyValuePair<double, int>)obj;
        CustID = v.Value;
        Amount = v.Key;
    }
}

Sin ORDER BYmuchas cosas pueden salir mal. Ha excluido todos los posibles problemas que se me ocurren, pero eso no significa que no haya ningún problema ni habrá uno en una versión futura.

Esto debería funcionar:

Extraiga lotes de 500 filas de la tabla en un bucle y deténgase cuando tenga 500 ID de clientes distintos. La consulta de búsqueda podría verse así:

select TOP (500) Amount, CustID
into #fetchedOrders
from Orders
where StoreID = 1234 and Amount <= @lastAmountFetched
order by Amount DESC

Esto realizará un escaneo de rango ordenado en el índice. El Amount <= @lastAmountFetchedpredicado está ahí para extraer gradualmente más registros. Cada consulta solo tocará físicamente 500 registros. Eso significa que es O (1). No se vuelve más caro cuanto más te acercas al índice.

Debe mantener la variable @lastAmountFetchedpara disminuir al valor más pequeño que obtuvo en esa declaración.

De esta manera, escaneará gradualmente el índice de una manera ordenada. Leerá como máximo (500 - 1) filas más de lo que hubiera sido la cantidad óptima.

Esto será mucho más rápido que siempre agregando aproximadamente 100000 pedidos para una tienda en particular. Probablemente, solo se necesitarán unas pocas iteraciones de 500 filas cada una.

Esencialmente, este es un operador diferenciado de flujo codificado manualmente.

Alternativamente, use un cursor para buscar la menor cantidad de filas posible. Esto será mucho más lento porque la ejecución de 500 consultas de una sola fila con mayor frecuencia es más lenta que la ejecución de un lote de 500 filas.

Alternativamente, simplemente consulte todas las filas sin DISTINCTordenarlas y haga que la aplicación cliente finalice la consulta una vez que se hayan devuelto suficientes filas (usando SqlCommand.Cancel).