PostgreSQL详解

第一章：环境部署与基础操作

1.1 多平台安装详解

Windows环境

1. 图形化安装

   • 下载EnterpriseDB安装包（含pgAdmin）

   • 关键配置项说明：

     # postgresql.conf优化项
     max_connections = 200
     shared_buffers = 4GB
     work_mem = 32MB

   • 服务管理命令：

     net start postgresql-x64-15
     pg_ctl restart -D "C:\Program Files\PostgreSQL\15\data"

Linux环境（Ubuntu/Debian）

1. APT源安装

   # 添加官方源
   sudo sh -c 'echo "deb http://apt.postgresql.org/pub/repos/apt $(lsb_release -cs)-pgdg main" > /etc/apt/sources.list.d/pgdg.list'
   wget --quiet -O - https://www.postgresql.org/media/keys/ACCC4CF8.asc | sudo apt-key add -
   sudo apt-get update
   
   # 安装特定版本
   sudo apt-get install postgresql-15 postgresql-contrib-15

2. 编译安装（生产环境推荐）

   ./configure --prefix=/opt/pg15 --with-python --with-openssl
   make world
   make install-world

1.2 数据库初始化实战

命令行工具精讲

# 初始化数据库集群
initdb -D /pgdata --locale=en_US.UTF-8 --encoding=UTF8

# 启动服务
pg_ctl start -D /pgdata -l logfile

# 创建用户与数据库
createuser --interactive --pwprompt
createdb -O devuser appdb

连接管理

-- 查看活动连接
SELECT pid, usename, application_name, client_addr 
FROM pg_stat_activity;

-- 强制终止连接
SELECT pg_terminate_backend(pid) 
FROM pg_stat_activity 
WHERE state = 'idle';

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第二章：SQL语法深度解析

2.1 数据定义语言（DDL）

表设计规范示例

CREATE TABLE products (
    product_id INT GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
    product_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    price NUMERIC(10,2) CHECK (price > 0),
    attributes JSONB,
    release_date DATE DEFAULT CURRENT_DATE,
    CONSTRAINT pk_products PRIMARY KEY(product_id)
) PARTITION BY RANGE (release_date);

-- 创建分区
CREATE TABLE products_2023 PARTITION OF products
    FOR VALUES FROM ('2023-01-01') TO ('2024-01-01');

2.2 数据操作语言（DML）

高级插入技巧

-- 批量插入
INSERT INTO orders (user_id, amount)
SELECT user_id, random()*100 
FROM generate_series(1,10000) AS user_id;

-- 冲突处理
INSERT INTO users (email, username) 
VALUES ('[email protected]', 'user1')
ON CONFLICT (email) 
DO UPDATE SET username = EXCLUDED.username;

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第三章：性能优化

3.1 索引优化矩阵

场景类型	推荐索引	创建示例	性能提升幅度
地理位置查询	GiST空间索引	CREATE INDEX idx_gist ON places USING GIST(location);	查询速度提升200倍
全文搜索	GIN倒排索引	CREATE INDEX idx_gin ON docs USING GIN(to_tsvector('english', content));	搜索延迟降低90%
时间序列数据	BRIN块级索引	CREATE INDEX idx_brin ON sensor_data USING BRIN(ts);	存储空间减少75%

3.2 查询执行计划深度解读

EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS, VERBOSE)
SELECT p.product_name, SUM(o.quantity)
FROM orders o
JOIN products p ON o.product_id = p.product_id
WHERE p.category = 'Electronics'
GROUP BY p.product_name
HAVING SUM(o.quantity) > 100;

执行计划分析步骤：

1. 识别全表扫描（Seq Scan）热点

2. 检查索引使用情况

3. 评估连接策略（Nested Loop/Hash Join/Merge Join）

4. 分析排序和聚合操作代价

5. 内存使用量监控

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第四章：高可用架构实战

4.1 流复制配置

主库配置

# postgresql.conf
wal_level = replica
max_wal_senders = 10

# pg_hba.conf
host replication repuser 192.168.1.0/24 md5

从库搭建

pg_basebackup -h master_host -D /pgdata -U repuser -v -P
echo "primary_conninfo = 'host=master_host port=5432 user=repuser'" >> postgresql.auto.conf
touch standby.signal

4.2 故障转移演练

# 手动切换
pg_ctl promote -D /pgdata

# 监控状态
SELECT * FROM pg_stat_replication;

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第五章：典型业务场景实现

5.1 电商系统核心模块

库存扣减方案

BEGIN;
SELECT * FROM inventory 
WHERE product_id = 1001 
FOR UPDATE SKIP LOCKED;

UPDATE inventory SET stock = stock - 1 
WHERE product_id = 1001 
AND stock > 0;

INSERT INTO orders (...) VALUES (...);
COMMIT;

分库分表示例

-- 使用Citus扩展
CREATE TABLE orders (
    order_id BIGSERIAL,
    user_id INT,
    order_date DATE
) PARTITION BY HASH(user_id);

SELECT create_distributed_table('orders', 'user_id');

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第六章：运维监控体系

6.1 关键指标监控项

指标类别	监控项	预警阈值	采集方法
连接池	活跃连接数	> 80% max_connections	pg_stat_activity
存储	表膨胀率	> 30%	pgstattuple扩展
查询	长事务时间	> 5分钟	pg_stat_activity
复制	延迟字节数	> 16MB	pg_stat_replication

6.2 自动化维护脚本

#!/bin/bash
# 自动清理旧备份
find /backups -name "*.dump" -mtime +7 -exec rm {} \;

# 重建索引
psql -d mydb -c "REINDEX DATABASE mydb;"

# 收集统计信息
vacuumdb --analyze --all

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附录：扩展资源库

版本特性对比矩阵（v12-v15）

功能	v12	v13	v14	v15
并行查询	基础支持	增强排序	分区表并行	子查询并行
监控	pg_stat_statements 1.7	新增等待事件	IO统计增强	预定义角色
JSON	jsonpath	SQL/JSON标准	JSON_TABLE	合并函数

错误代码速查手册

错误码	中文描述	应急方案	根治措施
40P01	死锁检测	重试事务	优化事务顺序
53100	磁盘空间不足	清理归档日志	增加存储卷
42501	权限拒绝	临时授权	完善权限体系