PostgreSQL 数据库技术详解

🐘 PostgreSQL 数据库技术详解

📋 摘要

PostgreSQL 作为世界上最先进的开源关系型数据库管理系统,以其强大的功能、卓越的性能和极高的可靠性征服了全球开发者。从金融系统到 Web 应用,从数据仓库到地理信息系统,PostgreSQL 无处不在。本文将带你深入了解这个数据库巨兽的核心技术、最新特性和最佳实践,无论你是数据库新手还是资深专家,都能从中获得宝贵的知识和实战经验。让我们一起探索 PostgreSQL 的无限可能!


📚 目录


PostgreSQL 简介

🎯 什么是 PostgreSQL

PostgreSQL 是一个功能强大的开源对象关系型数据库管理系统(ORDBMS),以其高扩展性和对 SQL 标准的高度兼容性而著称。自 1996 年发布以来,PostgreSQL 在全球范围内被广泛应用于各种规模的应用程序中。

📈 发展历程

  • 1986 年:加州大学伯克利分校启动 POSTGRES 项目
  • 1996 年:项目更名为 PostgreSQL,正式支持 SQL
  • 1997 年:发布 PostgreSQL 6.0,引入多列索引、序列等特性
  • 2000 年代:持续发展,引入 WAL、表空间、时间点恢复等功能
  • 2010 年代:JSON 支持、并行查询、逻辑复制等重大更新
  • 2020 年代:分区表改进、JIT 编译、增量备份等性能优化

🌟 为什么选择 PostgreSQL

  1. 🔒 数据完整性:严格的 ACID 事务支持
  2. 🚀 高性能:多版本并发控制(MVCC)技术
  3. 🔧 高扩展性:丰富的扩展和自定义功能
  4. 📊 丰富的数据类型:支持 JSON、数组、地理空间等
  5. 🌍 标准兼容:高度符合 SQL 标准
  6. 💰 开源免费:无许可证费用,社区活跃

核心特性与优势

🔐 ACID 事务支持

PostgreSQL 完全支持事务的 ACID 特性:

  • 原子性(Atomicity):事务要么全部成功,要么全部失败
  • 一致性(Consistency):数据库始终保持一致状态
  • 隔离性(Isolation):并发事务相互隔离
  • 持久性(Durability):已提交的事务永久保存

🔄 多版本并发控制(MVCC)

MVCC 是 PostgreSQL 的核心技术之一:

sql 复制代码
-- 示例:MVCC 工作原理
BEGIN;
UPDATE users SET name = '新名字' WHERE id = 1;
-- 此时其他事务仍能看到旧数据
COMMIT;
-- 提交后,新数据对所有事务可见

📦 丰富的数据类型

PostgreSQL 支持超过 40 种数据类型:

类型分类 具体类型 示例
数值类型 INTEGER, BIGINT, DECIMAL 123, 1234567890123456789
字符类型 VARCHAR, TEXT, CHAR 'Hello World'
日期时间 TIMESTAMP, DATE, TIME '2025-10-03 10:30:00'
布尔类型 BOOLEAN true, false
数组类型 INTEGER[], TEXT[] {1,2,3}, {'a','b','c'}
JSON 类型 JSON, JSONB '{"name": "张三"}'
地理空间 POINT, POLYGON POINT(116.3974, 39.9093)

🔧 扩展性

PostgreSQL 允许用户:

  • 创建自定义数据类型
  • 定义新的操作符
  • 编写自定义函数
  • 开发新的索引方法
  • 实现存储过程和触发器

系统架构

PostgreSQL 采用客户端/服务器架构,主要组件包括:

🏗️ 核心组件

  1. Postmaster 进程:主进程,负责启动和监控
  2. Backend 进程:处理客户端连接和查询
  3. WAL Writer:写前日志写入器
  4. Checkpointer:检查点进程
  5. Background Writer:后台写入器
  6. Autovacuum:自动清理进程

📊 内存结构

  • Shared Buffers:共享缓冲区
  • WAL Buffers:WAL 缓冲区
  • Work Memory:工作内存
  • Maintenance Work Memory:维护工作内存

🏛️ PostgreSQL 架构图

graph TB subgraph "客户端应用" A[Web 应用] B[桌面应用] C[移动应用] end subgraph "PostgreSQL 服务器" subgraph "连接层" D[Postmaster 进程] E[Backend 进程 1] F[Backend 进程 2] G[Backend 进程 N] end subgraph "查询处理层" H[查询解析器] I[查询优化器] J[执行器] end subgraph "存储层" K[Buffer Manager] L[WAL Manager] M[Storage Manager] end subgraph "后台进程" N[WAL Writer] O[Checkpointer] P[Background Writer] Q[Autovacuum] end subgraph "存储系统" R[数据文件] S[WAL 文件] T[配置文件] end end A --> D B --> D C --> D D --> E D --> F D --> G E --> H F --> H G --> H H --> I I --> J J --> K K --> M M --> R L --> S N --> L O --> K P --> K Q --> R

🔄 MVCC 工作原理图

sequenceDiagram participant T1 as 事务 1 participant T2 as 事务 2 participant DB as 数据库 Note over T1,DB: 事务 1 开始 T1->>DB: BEGIN T1->>DB: UPDATE users SET name='新名字' WHERE id=1 Note over T2,DB: 事务 2 开始 T2->>DB: BEGIN T2->>DB: SELECT name FROM users WHERE id=1 DB-->>T2: 返回旧值 '旧名字' Note over T1,DB: 事务 1 提交 T1->>DB: COMMIT Note over T2,DB: 事务 2 再次查询 T2->>DB: SELECT name FROM users WHERE id=1 DB-->>T2: 返回新值 '新名字' T2->>DB: COMMIT

数据类型详解

🔢 数值类型

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-- 整数类型
CREATE TABLE numbers (
    id SERIAL PRIMARY KEY,           -- 自增整数
    small_num SMALLINT,              -- 2 字节整数 (-32768 到 32767)
    normal_num INTEGER,              -- 4 字节整数
    big_num BIGINT,                  -- 8 字节整数
    decimal_num DECIMAL(10,2),       -- 精确小数
    float_num REAL,                  -- 单精度浮点数
    double_num DOUBLE PRECISION      -- 双精度浮点数
);

📝 字符类型

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-- 字符类型示例
CREATE TABLE text_examples (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    fixed_char CHAR(10),             -- 固定长度字符
    var_char VARCHAR(255),           -- 可变长度字符
    unlimited_text TEXT,             -- 无限制文本
    name CITEXT                      -- 大小写不敏感文本
);

-- 插入数据
INSERT INTO text_examples (fixed_char, var_char, unlimited_text, name)
VALUES ('Hello', 'World', 'This is a long text...', 'JOHN DOE');

📅 日期时间类型

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-- 日期时间类型
CREATE TABLE datetime_examples (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    birth_date DATE,                 -- 日期
    work_time TIME,                  -- 时间
    created_at TIMESTAMP,            -- 时间戳
    updated_at TIMESTAMPTZ,          -- 带时区的时间戳
    duration INTERVAL                -- 时间间隔
);

-- 插入数据
INSERT INTO datetime_examples (birth_date, work_time, created_at, updated_at, duration)
VALUES ('1990-01-01', '09:30:00', '2025-10-03 10:30:00', 
        '2025-10-03 10:30:00+08', '1 day 2 hours 30 minutes');

📋 数组类型

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-- 数组类型示例
CREATE TABLE array_examples (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    numbers INTEGER[],               -- 整数数组
    names TEXT[],                    -- 文本数组
    matrix INTEGER[][]               -- 二维数组
);

-- 插入数组数据
INSERT INTO array_examples (numbers, names, matrix)
VALUES ('{1,2,3,4,5}', '{"张三","李四","王五"}', '{{1,2},{3,4}}');

-- 查询数组
SELECT * FROM array_examples WHERE 2 = ANY(numbers);
SELECT names[1] FROM array_examples;  -- 获取第一个名字

📄 JSON 类型

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-- JSON 类型示例
CREATE TABLE json_examples (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    user_info JSON,                  -- JSON 类型
    user_data JSONB                  -- 二进制 JSON 类型
);

-- 插入 JSON 数据
INSERT INTO json_examples (user_info, user_data)
VALUES ('{"name": "张三", "age": 25, "city": "北京"}',
        '{"name": "李四", "age": 30, "hobbies": ["读书", "游泳"]}');

-- JSON 查询
SELECT user_data->>'name' FROM json_examples;  -- 获取名字
SELECT user_data->'hobbies' FROM json_examples;  -- 获取爱好数组
SELECT * FROM json_examples WHERE user_data @> '{"age": 30}';  -- 查询年龄为 30 的用户

索引技术

🔍 索引类型

PostgreSQL 支持多种索引类型:

1. B-Tree 索引(默认)
sql 复制代码
-- 创建 B-Tree 索引
CREATE INDEX idx_users_email ON users(email);
CREATE INDEX idx_users_name_age ON users(name, age);  -- 复合索引
2. Hash 索引
sql 复制代码
-- 创建 Hash 索引(仅支持等值查询)
CREATE INDEX idx_users_id_hash ON users USING hash(id);
3. GIN 索引(通用倒排索引)
sql 复制代码
-- 用于数组和 JSON 数据
CREATE INDEX idx_users_tags_gin ON users USING gin(tags);
CREATE INDEX idx_users_data_gin ON users USING gin(user_data);
4. GiST 索引(通用搜索树)
sql 复制代码
-- 用于地理空间数据
CREATE INDEX idx_locations_gist ON locations USING gist(coordinates);
5. BRIN 索引(块范围索引)
sql 复制代码
-- 用于大表的范围查询
CREATE INDEX idx_logs_brin ON logs USING brin(created_at);

🔍 索引类型对比图

graph LR subgraph "索引类型" A[B-Tree 索引
默认索引
范围查询] B[Hash 索引
等值查询
内存友好] C[GIN 索引
倒排索引
数组/JSON] D[GiST 索引
搜索树
地理空间] E[BRIN 索引
块范围
大表优化] end subgraph "适用场景" F[常规查询
排序
范围查询] G[精确匹配
等值查询] H[全文搜索
数组查询
JSON 查询] I[地理查询
空间索引] J[时间序列
大表扫描] end A --> F B --> G C --> H D --> I E --> J

事务与并发控制

🔄 事务隔离级别

PostgreSQL 支持四种事务隔离级别:

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-- 设置事务隔离级别
BEGIN TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
-- 执行操作
COMMIT;

-- 隔离级别说明
-- READ UNCOMMITTED: 读取未提交数据(PostgreSQL 中实际为 READ COMMITTED)
-- READ COMMITTED: 读取已提交数据(默认)
-- REPEATABLE READ: 可重复读取
-- SERIALIZABLE: 串行化

📊 事务隔离级别对比

graph TD A[事务隔离级别] --> B[READ UNCOMMITTED
读取未提交] A --> C[READ COMMITTED
读取已提交
默认级别] A --> D[REPEATABLE READ
可重复读取] A --> E[SERIALIZABLE
串行化] B --> B1[脏读 YES
不可重复读 YES
幻读 YES] C --> C1[脏读 NO
不可重复读 YES
幻读 YES] D --> D1[脏读 NO
不可重复读 NO
幻读 YES] E --> E1[脏读 NO
不可重复读 NO
幻读 NO]

🔒 锁机制

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-- 表级锁
LOCK TABLE users IN SHARE MODE;     -- 共享锁
LOCK TABLE users IN EXCLUSIVE MODE; -- 排他锁

-- 行级锁(自动)
UPDATE users SET name = '新名字' WHERE id = 1;  -- 自动加行级排他锁

-- 查看锁信息
SELECT * FROM pg_locks WHERE relation = 'users'::regclass;

⚡ MVCC 示例

sql 复制代码
-- 会话 1
BEGIN;
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 此时事务未提交

-- 会话 2(同时执行)
SELECT balance FROM users WHERE id = 1;  -- 仍看到旧值

-- 会话 1
COMMIT;  -- 提交后,会话 2 的下次查询将看到新值

安装与配置

💻 Windows 安装

1. 下载安装包

访问 PostgreSQL 官网 下载最新版本。

2. 安装步骤
  1. 运行安装程序
  2. 选择安装路径
  3. 设置超级用户密码
  4. 选择端口(默认 5432)
  5. 选择语言环境
3. 验证安装
bash 复制代码
# 检查 PostgreSQL 服务状态
sc query postgresql-x64-16

# 连接到数据库
psql -U postgres -h localhost -p 5432

🐧 Linux 安装

Ubuntu/Debian
bash 复制代码
# 更新包列表
sudo apt update

# 安装 PostgreSQL
sudo apt install postgresql postgresql-contrib

# 启动服务
sudo systemctl start postgresql
sudo systemctl enable postgresql

# 切换到 postgres 用户
sudo -u postgres psql
CentOS/RHEL
bash 复制代码
# 安装 PostgreSQL
sudo yum install postgresql-server postgresql-contrib

# 初始化数据库
sudo postgresql-setup initdb

# 启动服务
sudo systemctl start postgresql
sudo systemctl enable postgresql

⚙️ 基本配置

postgresql.conf 配置
ini 复制代码
# 连接设置
listen_addresses = '*'          # 监听所有地址
port = 5432                     # 端口号
max_connections = 100           # 最大连接数

# 内存设置
shared_buffers = 256MB          # 共享缓冲区
work_mem = 4MB                  # 工作内存
maintenance_work_mem = 64MB     # 维护工作内存

# 日志设置
log_destination = 'stderr'      # 日志目标
logging_collector = on          # 启用日志收集
log_directory = 'log'           # 日志目录
log_filename = 'postgresql-%Y-%m-%d_%H%M%S.log'
log_min_duration_statement = 1000  # 记录慢查询(毫秒)

# 性能设置
random_page_cost = 1.1          # 随机页面成本
effective_cache_size = 1GB      # 有效缓存大小
pg_hba.conf 配置
ini 复制代码
# 本地连接
local   all             all                                     trust
# IPv4 本地连接
host    all             all             127.0.0.1/32            md5
# IPv6 本地连接
host    all             all             ::1/128                 md5
# 网络连接
host    all             all             0.0.0.0/0               md5

性能优化

📈 查询优化

1. 使用 EXPLAIN 分析查询
sql 复制代码
-- 基本查询分析
EXPLAIN SELECT * FROM users WHERE email = 'test@example.com';

-- 详细分析(包含实际执行时间)
EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS, VERBOSE) 
SELECT u.name, p.title 
FROM users u 
JOIN posts p ON u.id = p.user_id 
WHERE u.active = true;
2. 索引优化
sql 复制代码
-- 创建合适的索引
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_users_email_active 
ON users(email) WHERE active = true;

-- 复合索引优化
CREATE INDEX idx_posts_user_status_date 
ON posts(user_id, status, created_at);

-- 部分索引
CREATE INDEX idx_recent_posts 
ON posts(created_at) WHERE created_at > '2025-01-01';
3. 查询重写
sql 复制代码
-- 优化前:使用子查询
SELECT * FROM users WHERE id IN (
    SELECT user_id FROM orders WHERE total > 1000
);

-- 优化后:使用 JOIN
SELECT DISTINCT u.* FROM users u
JOIN orders o ON u.id = o.user_id
WHERE o.total > 1000;

🔧 配置优化

内存配置
ini 复制代码
# 根据系统内存调整
shared_buffers = 25% of RAM        # 共享缓冲区
work_mem = 4MB                     # 工作内存
maintenance_work_mem = 256MB       # 维护工作内存
effective_cache_size = 75% of RAM  # 有效缓存大小
磁盘 I/O 优化
ini 复制代码
# 随机页面成本(SSD 推荐 1.1,机械硬盘 4.0)
random_page_cost = 1.1

# 顺序页面成本
seq_page_cost = 1.0

# 检查点设置
checkpoint_completion_target = 0.9
wal_buffers = 16MB

📊 监控与调优

1. 查看慢查询
sql 复制代码
-- 启用慢查询日志
ALTER SYSTEM SET log_min_duration_statement = 1000;
SELECT pg_reload_conf();

-- 查看当前活动连接
SELECT * FROM pg_stat_activity WHERE state = 'active';

-- 查看数据库统计信息
SELECT * FROM pg_stat_database WHERE datname = current_database();
2. 表统计信息
sql 复制代码
-- 更新表统计信息
ANALYZE users;

-- 查看表大小
SELECT 
    schemaname,
    tablename,
    pg_size_pretty(pg_total_relation_size(schemaname||'.'||tablename)) as size
FROM pg_tables 
ORDER BY pg_total_relation_size(schemaname||'.'||tablename) DESC;

高可用与备份

🔄 主从复制

1. 配置主服务器
bash 复制代码
# 创建复制用户
sudo -u postgres psql
CREATE USER replicator REPLICATION LOGIN CONNECTION LIMIT 3 ENCRYPTED PASSWORD 'password';

# 配置 pg_hba.conf
echo "host replication replicator 192.168.1.0/24 md5" >> /etc/postgresql/16/main/pg_hba.conf

# 重启服务
sudo systemctl restart postgresql
2. 配置从服务器
bash 复制代码
# 停止 PostgreSQL
sudo systemctl stop postgresql

# 备份主服务器数据
pg_basebackup -h 192.168.1.100 -D /var/lib/postgresql/16/main -U replicator -v -P -W

# 配置 recovery.conf
echo "standby_mode = 'on'" > /var/lib/postgresql/16/main/recovery.conf
echo "primary_conninfo = 'host=192.168.1.100 port=5432 user=replicator password=password'" >> /var/lib/postgresql/16/main/recovery.conf

# 启动从服务器
sudo systemctl start postgresql

💾 备份策略

1. pg_dump 备份
bash 复制代码
# 备份整个数据库
pg_dump -h localhost -U postgres -d mydb > backup.sql

# 备份特定表
pg_dump -h localhost -U postgres -d mydb -t users > users_backup.sql

# 压缩备份
pg_dump -h localhost -U postgres -d mydb | gzip > backup.sql.gz

# 并行备份
pg_dump -h localhost -U postgres -d mydb -j 4 -f backup_dir/
2. pg_basebackup 物理备份
bash 复制代码
# 完整备份
pg_basebackup -h localhost -U postgres -D /backup/basebackup -Ft -z -P

# 增量备份(需要 WAL 归档)
pg_basebackup -h localhost -U postgres -D /backup/incremental -Ft -z -P --checkpoint=fast
3. 时间点恢复(PITR)
bash 复制代码
# 配置 WAL 归档
echo "archive_mode = on" >> postgresql.conf
echo "archive_command = 'cp %p /backup/wal/%f'" >> postgresql.conf

# 恢复数据库
pg_restore -h localhost -U postgres -d mydb backup.sql

💾 备份恢复流程图

flowchart TD A[开始备份] --> B{选择备份类型} B -->|逻辑备份| C[pg_dump] B -->|物理备份| D[pg_basebackup] B -->|WAL 归档| E[WAL 文件备份] C --> C1[备份 SQL 文件] C1 --> C2[压缩存储] C2 --> C3[定期清理] D --> D1[备份数据目录] D1 --> D2[备份 WAL 文件] D2 --> D3[创建恢复配置] E --> E1[配置 archive_command] E1 --> E2[自动归档 WAL] E2 --> E3[时间点恢复准备] F[恢复操作] --> G{恢复类型} G -->|逻辑恢复| H[pg_restore] G -->|物理恢复| I[恢复数据目录] G -->|时间点恢复| J[PITR 恢复] H --> H1[执行 SQL 脚本] I --> I1[恢复 WAL 文件] J --> J1[恢复到指定时间点]

🔄 主从复制架构图

graph TB subgraph "主服务器 (Primary)" A[PostgreSQL 主库] B[WAL 文件] C[WAL Sender 进程] end subgraph "从服务器 (Standby)" D[PostgreSQL 从库] E[WAL Receiver 进程] F[WAL Apply 进程] G[恢复模式] end subgraph "网络连接" H[TCP 连接
端口 5432] end A --> B B --> C C --> H H --> E E --> F F --> D D --> G style A fill:#e1f5fe style D fill:#f3e5f5 style H fill:#fff3e0

扩展与插件

🔌 常用扩展

1. PostGIS(地理空间数据)
sql 复制代码
-- 安装 PostGIS
CREATE EXTENSION postgis;

-- 创建地理空间表
CREATE TABLE locations (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    coordinates GEOMETRY(POINT, 4326)
);

-- 插入地理数据
INSERT INTO locations (name, coordinates) 
VALUES ('北京', ST_GeomFromText('POINT(116.3974 39.9093)', 4326));

-- 地理查询
SELECT name, ST_Distance(coordinates, ST_GeomFromText('POINT(121.4737 31.2304)', 4326)) as distance
FROM locations;
2. pg_stat_statements(查询统计)
sql 复制代码
-- 安装扩展
CREATE EXTENSION pg_stat_statements;

-- 查看最耗时的查询
SELECT query, calls, total_time, mean_time, rows
FROM pg_stat_statements 
ORDER BY total_time DESC 
LIMIT 10;
3. uuid-ossp(UUID 生成)
sql 复制代码
-- 安装扩展
CREATE EXTENSION "uuid-ossp";

-- 使用 UUID
CREATE TABLE users (
    id UUID PRIMARY KEY DEFAULT uuid_generate_v4(),
    name VARCHAR(100)
);
4. hstore(键值对存储)
sql 复制代码
-- 安装扩展
CREATE EXTENSION hstore;

-- 创建 hstore 列
CREATE TABLE products (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    attributes HSTORE
);

-- 插入数据
INSERT INTO products (name, attributes) 
VALUES ('手机', 'brand=>"苹果", color=>"黑色", price=>"6999"');

-- 查询
SELECT * FROM products WHERE attributes @> 'brand=>苹果';

🛠️ 自定义扩展开发

1. 创建简单扩展
sql 复制代码
-- 创建扩展目录结构
-- myextension/
--   ├── myextension.control
--   ├── myextension--1.0.sql
--   └── Makefile

-- myextension.control
comment = 'My custom extension'
default_version = '1.0'
module_pathname = '$libdir/myextension'
relocatable = true

-- myextension--1.0.sql
CREATE OR REPLACE FUNCTION my_function()
RETURNS TEXT AS $$
BEGIN
    RETURN 'Hello from my extension!';
END;
$$ LANGUAGE plpgsql;

最佳实践

🏗️ 数据库设计

1. 命名规范
sql 复制代码
-- 表名:使用复数形式,小写,下划线分隔
CREATE TABLE user_accounts (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    email VARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 列名:小写,下划线分隔
CREATE TABLE blog_posts (
    post_id SERIAL PRIMARY KEY,
    user_id INTEGER REFERENCES user_accounts(id),
    post_title VARCHAR(255) NOT NULL,
    post_content TEXT,
    is_published BOOLEAN DEFAULT FALSE,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 索引名:idx_表名_列名
CREATE INDEX idx_blog_posts_user_id ON blog_posts(user_id);
CREATE INDEX idx_blog_posts_created_at ON blog_posts(created_at);
2. 数据类型选择
sql 复制代码
-- 选择合适的数值类型
CREATE TABLE products (
    id SERIAL PRIMARY KEY,           -- 自增主键
    price DECIMAL(10,2),             -- 价格使用 DECIMAL
    quantity INTEGER,                -- 数量使用 INTEGER
    weight REAL                      -- 重量使用 REAL
);

-- 选择合适的字符类型
CREATE TABLE articles (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    title VARCHAR(255),              -- 标题使用 VARCHAR
    content TEXT,                    -- 内容使用 TEXT
    slug VARCHAR(100) UNIQUE         -- URL 标识使用 VARCHAR
);
3. 约束设计
sql 复制代码
-- 外键约束
CREATE TABLE orders (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    user_id INTEGER NOT NULL REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE,
    total_amount DECIMAL(10,2) NOT NULL CHECK (total_amount > 0),
    status VARCHAR(20) DEFAULT 'pending' CHECK (status IN ('pending', 'paid', 'shipped', 'delivered'))
);

-- 唯一约束
CREATE TABLE user_profiles (
    user_id INTEGER PRIMARY KEY REFERENCES users(id),
    username VARCHAR(50) UNIQUE NOT NULL,
    email VARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL
);

🔒 安全最佳实践

1. 用户权限管理
sql 复制代码
-- 创建应用用户
CREATE USER app_user WITH PASSWORD 'secure_password';

-- 创建只读用户
CREATE USER readonly_user WITH PASSWORD 'readonly_password';

-- 授予权限
GRANT CONNECT ON DATABASE mydb TO app_user;
GRANT USAGE ON SCHEMA public TO app_user;
GRANT SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO app_user;
GRANT USAGE, SELECT ON ALL SEQUENCES IN SCHEMA public TO app_user;

-- 只读权限
GRANT CONNECT ON DATABASE mydb TO readonly_user;
GRANT USAGE ON SCHEMA public TO readonly_user;
GRANT SELECT ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO readonly_user;
2. 连接安全
ini 复制代码
# pg_hba.conf 安全配置
# 本地连接使用 peer 认证
local   all             all                                     peer

# 网络连接使用 SCRAM-SHA-256
host    all             all             127.0.0.1/32            scram-sha-256
host    all             all             ::1/128                 scram-sha-256

# 特定 IP 段使用证书认证
hostssl all             all             10.0.0.0/8              cert

📊 性能最佳实践

1. 查询优化
sql 复制代码
-- 使用 LIMIT 限制结果集
SELECT * FROM users WHERE active = true LIMIT 100;

-- 使用适当的 WHERE 条件
SELECT * FROM orders WHERE created_at >= '2025-01-01' AND created_at < '2025-02-01';

-- 避免 SELECT *
SELECT id, name, email FROM users WHERE active = true;

-- 使用 EXISTS 而不是 IN(对于大表)
SELECT * FROM users u WHERE EXISTS (
    SELECT 1 FROM orders o WHERE o.user_id = u.id AND o.total > 1000
);
2. 索引策略
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-- 为经常查询的列创建索引
CREATE INDEX idx_users_email ON users(email);
CREATE INDEX idx_users_active ON users(active) WHERE active = true;

-- 复合索引优化
CREATE INDEX idx_orders_user_status ON orders(user_id, status, created_at);

-- 表达式索引
CREATE INDEX idx_users_lower_email ON users(lower(email));
3. 分区表
sql 复制代码
-- 按时间分区
CREATE TABLE logs (
    id SERIAL,
    log_level VARCHAR(20),
    message TEXT,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
) PARTITION BY RANGE (created_at);

-- 创建分区
CREATE TABLE logs_2025_01 PARTITION OF logs
FOR VALUES FROM ('2025-01-01') TO ('2025-02-01');

CREATE TABLE logs_2025_02 PARTITION OF logs
FOR VALUES FROM ('2025-02-01') TO ('2025-03-01');

🔧 维护最佳实践

1. 定期维护
sql 复制代码
-- 更新统计信息
ANALYZE;

-- 重建索引
REINDEX DATABASE mydb;

-- 清理死元组
VACUUM ANALYZE;

-- 完全清理
VACUUM FULL;
2. 监控脚本
bash 复制代码
#!/bin/bash
# monitor_postgresql.sh

# 检查连接数
CONNECTIONS=$(psql -t -c "SELECT count(*) FROM pg_stat_activity;")
echo "当前连接数: $CONNECTIONS"

# 检查数据库大小
DB_SIZE=$(psql -t -c "SELECT pg_size_pretty(pg_database_size('mydb'));")
echo "数据库大小: $DB_SIZE"

# 检查慢查询
SLOW_QUERIES=$(psql -t -c "SELECT count(*) FROM pg_stat_statements WHERE mean_time > 1000;")
echo "慢查询数量: $SLOW_QUERIES"

总结

🎉 恭喜你! 你已经完成了 PostgreSQL 数据库技术的深入学习之旅!

通过本文的详细讲解,你已经掌握了:

  • PostgreSQL 的核心特性和优势
  • 系统架构和数据类型详解
  • 索引技术和性能优化策略
  • 事务处理和并发控制机制
  • 安装配置和最佳实践
  • 高可用备份和扩展开发

PostgreSQL 作为世界上最先进的开源数据库,为你的项目提供了强大而可靠的数据存储解决方案。无论是构建 Web 应用、数据仓库还是地理信息系统,PostgreSQL 都能满足你的需求。

🚀 现在就开始你的 PostgreSQL 之旅吧! 从简单的 CRUD 操作到复杂的查询优化,从单机部署到集群架构,PostgreSQL 将陪伴你成长为数据库专家。记住,实践是最好的老师,多动手、多思考、多总结,你一定能成为 PostgreSQL 的高手!

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厦门工学院人工智能创作坊 -- 郑恩赐
2025 年 10 月 3 日

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