PostgreSQL 学习资料 · 入门 / 练习 / 精通 / 扩展

long3162026-08-03 8:48

PostgreSQL 学习资料 · 入门 / 练习 / 精通 / 扩展

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入门学习资料

1. PostgreSQL 简介

PostgreSQL 是一个免费的对象-关系型数据库服务器（ORDBMS），在灵活的 BSD 许可证下发行。它的 Slogan 是 "世界上最先进的开源关系型数据库" ，开发者通常把它读作 post-gress-Q-L。

为什么选择 PostgreSQL

  • 开源且自由：BSD 许可，可自由修改与商用，无厂商锁定。
  • 标准兼容：高度符合 SQL 标准，支持复杂查询、窗口函数、CTE 等。
  • 可扩展：支持自定义类型、函数、操作符、索引方法，以及丰富的扩展插件（如 PostGIS、pgvector）。
  • 可靠的事务：基于 MVCC（多版本并发控制）实现高并发下的数据一致性。
  • NoSQL 能力：原生支持 JSON / JSONB、XML、数组、hstore 等半结构化数据。

ORDBMS 关键术语

术语 说明
数据库 (Database) 一些关联表的集合
表 (Table) 数据的矩阵，看起来像电子表格
列 (Column) 同一类数据，如"用户名"
行 (Row) 一条记录 / 元组
主键 (Primary Key) 唯一标识一行，全表仅一个
外键 (Foreign Key) 建立两表之间的关联
索引 (Index) 类似书籍目录，加速查询
参照完整性 不允许引用不存在的实体，保证数据一致

2. 安装与环境配置

Linux (Ubuntu / Debian)

sql 复制代码 
# 安装
sudo apt update
sudo apt install -y postgresql postgresql-contrib

# 启动并设置开机自启
sudo systemctl start postgresql
sudo systemctl enable postgresql

# 查看版本
psql --version

macOS

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# 使用 Homebrew
brew install postgresql@16
brew services start postgresql@16

Windows

推荐下载官方 EnterpriseDB 安装包（postgresql.org/download），按向导安装并勾选 pgAdmin 与 Stack Builder 。安装完成后，可通过"开始菜单 → pgAdmin 4"图形化管理，或用命令行 psql。

使用 psql 连接

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# 切换到 postgres 系统用户后连接
sudo -u postgres psql

# 或指定用户/主机/库连接
psql -U myuser -h localhost -d mydb -p 5432

# 常用元命令
\?   -- 帮助
\l   -- 列出数据库
\dt  -- 列出当前库的表
\du  -- 列出用户角色
\q   -- 退出

提示 ：第一次安装后，建议为 postgres 超级用户设置密码：ALTER USER postgres PASSWORD 'yourpassword';，并创建专属业务用户而非直接使用超级用户。

3. 核心概念

  • Cluster（数据库集簇）：一个 PostgreSQL 实例（服务进程）管理的一组数据库，由同一个数据目录组成。
  • Database（数据库） ：相互隔离的逻辑命名空间，库与库之间默认不能直接互访（需用 postgres_fdw 之类的外部包装器）。
  • Schema（模式） ：数据库内部的命名空间，用于分组表、视图等对象。默认存在 public schema。可把不同业务模块放在不同 schema 下避免命名冲突。
  • Tablespace（表空间）：对象在磁盘上的物理存储位置，可用于把热点表放到更快的磁盘。
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-- 创建并使用 schema
CREATE SCHEMA shop;
SET search_path TO shop, public;

4. 数据类型

分类 类型 说明
数值 smallint / integer / bigint 2 / 4 / 8 字节整数
数值 decimal / numeric 任意精度，适合金额
数值 real / double precision 4 / 8 字节浮点
数值 serial / bigserial 自增整数（伪类型）
字符 char(n) / varchar(n) / text 定长 / 变长 / 不限长文本
时间 timestamp / date / time / interval 日期时间 / 日期 / 时间 / 时间间隔
布尔 boolean true / false / null
枚举 enum 自定义取值集合
JSON json / jsonb 文本 / 二进制存储（推荐 jsonb）
其他 uuid / array / bytea / 几何类型 唯一标识 / 数组 / 二进制 / 点线面

注意 ：金钱字段永远不要用 float，请用 numeric(12,2) 之类精确类型。jsonb 会解析并去重键、支持索引，绝大多数场景优于 json。

5. 数据库与表操作 (DDL)

sql 复制代码 
-- 创建数据库
CREATE DATABASE shopdb OWNER myuser;

-- 删除数据库
DROP DATABASE IF EXISTS shopdb;

-- 创建表
CREATE TABLE users (
  id        serial PRIMARY KEY,
  username  varchar(50) NOT NULL,
  email     varchar(120) UNIQUE,
  age       smallint CHECK (age >= 0),
  created_at timestamp DEFAULT now()
);

-- 修改表：增加列
ALTER TABLE users ADD COLUMN phone varchar(20);

-- 修改列类型
ALTER TABLE users ALTER COLUMN phone TYPE bigint USING phone::bigint;

-- 删除表
DROP TABLE IF EXISTS users CASCADE;

-- 清空表（保留结构）
TRUNCATE TABLE users;

6. 增删改查 CRUD

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-- INSERT
INSERT INTO users (username, email, age)
VALUES ('alice', 'alice@x.com', 28);

-- 返回插入的行（便于拿到自增 id）
INSERT INTO users (username, email) VALUES ('bob', 'bob@x.com')
RETURNING id;

-- SELECT
SELECT id, username, email FROM users;
SELECT * FROM users WHERE id = 1;

-- UPDATE
UPDATE users SET age = 29 WHERE username = 'alice';

-- DELETE
DELETE FROM users WHERE id = 2;

警告 ：生产环境中 UPDATE / DELETE 务必带 WHERE，否则会全表更新/删除。可先用 SELECT 验证条件。

7. 查询进阶

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-- 条件组合
SELECT * FROM users
WHERE age >= 18 AND age <= 40
  AND (username LIKE 'a%' OR email LIKE '%@x.com');

-- IN / BETWEEN / IS NULL
SELECT * FROM users WHERE age IN (18, 21, 30);
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 18 AND 40;
SELECT * FROM users WHERE phone IS NULL;

-- 排序、去重、限制
SELECT DISTINCT age FROM users ORDER BY age DESC;
SELECT * FROM users ORDER BY created_at DESC LIMIT 10 OFFSET 20;

-- 聚合与分组
SELECT age, count(*) FROM users GROUP BY age HAVING count(*) > 1;

-- 别名
SELECT username AS 用户名, age AS 年龄 FROM users u;

8. 多表连接 JOIN

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-- 内连接：只返回两表匹配的行
SELECT u.username, o.amount
FROM users u
JOIN orders o ON o.user_id = u.id;

-- 左连接：保留左表全部行
SELECT u.username, o.amount
FROM users u
LEFT JOIN orders o ON o.user_id = u.id;

-- 自连接与多表连接
SELECT a.username, b.username AS referrer
FROM users a JOIN users b ON a.refer_id = b.id;

-- UNION：合并两个查询结果（去重）
SELECT city FROM customers
UNION
SELECT city FROM suppliers;
连接类型 结果
INNER JOIN 两表都匹配
LEFT JOIN 左表全 + 右表匹配
RIGHT JOIN 右表全 + 左表匹配
FULL JOIN 两表并集
CROSS JOIN 笛卡尔积

9. 约束 (Constraints)

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CREATE TABLE orders (
  id        serial PRIMARY KEY,
  user_id   integer NOT NULL REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE,
  code      varchar(20) UNIQUE,
  amount    numeric(10,2) CHECK (amount > 0),
  status    varchar(10) DEFAULT 'pending',
  CONSTRAINT chk_status CHECK (status IN ('pending','paid','done'))
);
  • PRIMARY KEY = NOT NULL + UNIQUE，每张表一个。
  • FOREIGN KEY ：引用其他表，配合 ON DELETE/UPDATE 行为保证参照完整性。
  • UNIQUE：列值不重复（允许多个 NULL）。
  • CHECK：自定义校验表达式。
  • NOT NULL / DEFAULT：非空与默认值。

10. 索引 (Index)

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-- 普通 B-tree 索引（默认）
CREATE INDEX idx_users_email ON users(email);

-- 多列（复合）索引
CREATE INDEX idx_users_age_name ON users(age, username);

-- 唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX idx_uniq_email ON users(email);

-- 查看 / 删除索引
DROP INDEX IF EXISTS idx_users_email;

注意 ：索引加速读、拖慢写（INSERT/UPDATE/DELETE 需同步维护）。不要盲目建索引，应针对高频 WHERE、JOIN、ORDER BY 列建立，并用 EXPLAIN 验证是否被使用。

11. 视图 (View)

sql 复制代码 
-- 视图是保存的查询，像表一样使用
CREATE VIEW vip_users AS
SELECT id, username FROM users WHERE age >= 30;

SELECT * FROM vip_users;

DROP VIEW IF EXISTS vip_users;

视图不存储数据（仅保存定义），用于封装复杂查询、做权限隔离。需要落盘结果时用物化视图（见精通章节）。

12. 函数与操作符

sql 复制代码 
-- 字符串
SELECT upper(username), concat(first, ' ', last), length(email) FROM users;

-- 聚合
SELECT avg(amount), sum(amount), max(created_at) FROM orders;

-- 时间与条件
SELECT now(), date_trunc('month', created_at),
       coalesce(phone, '无') FROM users;

-- 条件表达式
SELECT username,
  CASE WHEN age < 18 THEN '未成年' ELSE '成年' END AS 阶段
FROM users;

13. 事务 (Transaction)

sql 复制代码 
BEGIN;
  UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
  UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;   -- 两个更新同时生效
-- ROLLBACK;  -- 出错时回滚

事务满足 ACID ：原子性、一致性、隔离性、持久性。PostgreSQL 默认每条语句自动提交；多语句需显式 BEGIN ... COMMIT 包裹。

学习练习

练习说明

以下练习建议按顺序完成。先建库建表，再逐步练习 CRUD、查询、聚合、连接。每道题都给出了建表与示例数据脚本，参考答案点击「显示答案」展开。配套一个 school 示例库，包含 students、courses、enrolls 三张表。

sql 复制代码 
-- 初始化练习库
CREATE DATABASE school;
\c school

CREATE TABLE students (
  id    serial PRIMARY KEY,
  name  varchar(40) NOT NULL,
  gender char(1) CHECK (gender IN ('M','F')),
  age   smallint,
  city  varchar(30)
);

CREATE TABLE courses (
  id    serial PRIMARY KEY,
  title varchar(60) NOT NULL,
  credit smallint DEFAULT 3
);

CREATE TABLE enrolls (
  student_id int REFERENCES students(id) ON DELETE CASCADE,
  course_id  int REFERENCES courses(id),
  score      numeric(5,2),
  PRIMARY KEY (student_id, course_id)
);

INSERT INTO students (name, gender, age, city) VALUES
('张三','M',20,'北京'), ('李四','F',19,'上海'),
('王五','M',21,'北京'), ('赵六','F',22,'广州'),
('钱七','M',20,'上海');

INSERT INTO courses (title, credit) VALUES
('数据库',4), ('算法',3), ('操作系统',4), ('网络',3);

INSERT INTO enrolls VALUES
(1,1,88.5),(1,2,92.0),(2,1,76.0),(2,3,81.5),
(3,2,95.0),(3,4,68.0),(4,1,84.0),(5,3,90.5);

基础练习

练习 1：建表与插入

在 school 库中新建一张 teachers 表（id 自增主键、name 非空、department 字符串、hire_year 整数），并插入 3 条记录。
显示答案

sql 复制代码 
CREATE TABLE teachers (
  id        serial PRIMARY KEY,
  name      varchar(40) NOT NULL,
  department varchar(40),
  hire_year  integer
);
INSERT INTO teachers (name, department, hire_year) VALUES
('陈老师','计算机',2015), ('林老师','数学',2018), ('吴老师','计算机',2020);

练习 2：更新与删除

把"李四"的年龄改为 20，并删除城市为"广州"的学生记录。
显示答案

sql 复制代码 
UPDATE students SET age = 20 WHERE name = '李四';
DELETE FROM students WHERE city = '广州';

查询练习

练习 3：条件与排序

查询年龄 ≥ 20 且来自"北京"或"上海"的学生，按年龄降序排列。
显示答案

sql 复制代码 
SELECT * FROM students
WHERE age >= 20 AND city IN ('北京','上海')
ORDER BY age DESC;

练习 4：聚合与分组

统计每个城市的学生数量，只显示数量大于 1 的城市。
显示答案

sql 复制代码 
SELECT city, count(*) AS cnt
FROM students
GROUP BY city
HAVING count(*) > 1;

练习 5：多表连接

查询每位学生的姓名及其所选课程名称、成绩（三表 JOIN）。
显示答案

sql 复制代码 
SELECT s.name, c.title, e.score
FROM students s
JOIN enrolls e ON e.student_id = s.id
JOIN courses c  ON c.id = e.course_id
ORDER BY s.name, c.title;

练习 6：子查询

查询成绩高于全部课程平均分的选课记录。
显示答案

sql 复制代码 
SELECT * FROM enrolls
WHERE score > (SELECT avg(score) FROM enrolls);

进阶练习

练习 7：索引与执行计划

为 students(name) 建索引，并用 EXPLAIN 对比有无索引时按姓名查询的执行计划差异。
显示答案

sql 复制代码 
CREATE INDEX idx_stu_name ON students(name);
EXPLAIN SELECT * FROM students WHERE name = '张三';
-- 有索引时应出现 Index Scan；无索引为 Seq Scan（全表扫描）

练习 8：视图

创建一个视图 v_good_students，仅包含平均分 ≥ 85 的学生姓名与平均分。
显示答案

sql 复制代码 
CREATE VIEW v_good_students AS
SELECT s.name, avg(e.score) AS avg_score
FROM students s
JOIN enrolls e ON e.student_id = s.id
GROUP BY s.name
HAVING avg(e.score) >= 85;

练习 9：事务

用事务实现"王五选修操作系统"：先确认课程存在，再插入选课记录；若插入失败则回滚。
显示答案

sql 复制代码 
BEGIN;
  INSERT INTO enrolls (student_id, course_id, score)
  VALUES (3, (SELECT id FROM courses WHERE title='操作系统'), NULL);
COMMIT;
-- 若报错执行 ROLLBACK;

精通学习资料

事务与隔离级别

PostgreSQL 提供四种事务隔离级别，默认是 Read Committed：

隔离级别 脏读 不可重复读 幻读
Read Uncommitted 不会* 可能 可能
Read Committed（默认） 否 可能 可能
Repeatable Read 否 否 可能*
Serializable 否 否 否

注 ：PostgreSQL 中 Read Uncommitted 实际等同于 Read Committed；Repeatable Read 下幻读通过 SSI 机制基本可避免。设置方式：SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

sql 复制代码 
BEGIN;
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
SELECT sum(balance) FROM accounts;  -- 同一事务内多次读一致
COMMIT;

执行计划 EXPLAIN

用 EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS) 查看真实执行代价、行数与缓存命中，是性能调优的核心工具。

sql 复制代码 
EXPLAIN ANALYZE
SELECT * FROM orders WHERE user_id = 42 ORDER BY created_at DESC LIMIT 10;
-- Seq Scan = 全表扫描（慢）；Index Scan = 走索引（好）
-- 成本 (cost=...) 越低越好；actual time 是真实耗时

提示：读懂执行计划顺序：从最内层（叶子）往上看，关注是否有 Seq Scan 出现在大表、是否预估行数（rows）与实际（actual rows）偏差过大。

索引深入

sql 复制代码 
-- 部分索引：只为热数据建索引，体积小
CREATE INDEX idx_active ON orders(user_id) WHERE status = 'pending';

-- 表达式索引：对函数结果建索引
CREATE INDEX idx_lower_email ON users(lower(email));

-- 覆盖索引（INCLUDE）：索引里直接带额外列，避免回表
CREATE INDEX idx_cover ON orders(user_id) INCLUDE (amount);

-- GIN：适合数组 / jsonb / 全文检索
CREATE INDEX idx_tags ON articles USING gin(tags);
  • B-tree（默认）：等值、范围、排序，最常用。
  • Hash：仅等值，PostgreSQL 10+ 支持 WAL 后可用。
  • GIN：多值/全文检索（数组、jsonb、tsvector）。
  • GiST：几何、范围、相似度检索（如 PostGIS）。
  • BRIN：超大数据量、按物理顺序的列（如时间序日志），体积极小。

分区表 (Partitioning)

把大表按范围 / 列表 / 哈希拆成多个子表，提升查询与维护效率。

sql 复制代码 
-- 按时间范围分区
CREATE TABLE logs (
  id bigint, created_at timestamp, msg text
) PARTITION BY RANGE (created_at);

CREATE TABLE logs_2026q1 PARTITION OF logs
  FOR VALUES FROM ('2026-01-01') TO ('2026-04-01');

物化视图 (Materialized View)

把查询结果物理存储下来，适合昂贵聚合的重复查询；需手动 REFRESH 或用扩展定时刷新。

sql 复制代码 
CREATE MATERIALIZED VIEW mv_daily_sales AS
SELECT date_trunc('day', created_at) d, sum(amount) s
FROM orders GROUP BY 1;

REFRESH MATERIALIZED VIEW mv_daily_sales;
-- 可建唯一索引后使用 CONCURRENTLY 并发刷新，不阻塞读

窗口函数 (Window Functions)

在"不聚合行"的前提下做分组计算，是报表分析的利器。

sql 复制代码 
SELECT name, dept, salary,
  rank() OVER (PARTITION BY dept ORDER BY salary DESC) AS rk,
  sum(salary) OVER (PARTITION BY dept) AS dept_total,
  lag(salary) OVER (ORDER BY salary) AS prev_salary
FROM employees;
  • row_number() / rank() / dense_rank()：排名
  • lag() / lead()：取前/后行
  • sum()/avg() OVER：累计/滑动聚合

JSONB 与半结构化数据

sql 复制代码 
CREATE TABLE profiles (
  id serial PRIMARY KEY,
  data jsonb
);
INSERT INTO profiles (data) VALUES ('{"name":"Tom","tags":["a","b"],"age":30}');

-- 取字段、判断包含、按路径索引
SELECT data->>'name', data->'tags' FROM profiles
WHERE data @> '{"age":30}';
CREATE INDEX idx_profile ON profiles USING gin(data);

PL/pgSQL 与触发器

sql 复制代码 
CREATE OR REPLACE FUNCTION touch_updated()
RETURNS trigger AS $$
BEGIN
  NEW.updated_at := now();
  RETURN NEW;
END;
$$ LANGUAGE plpgsql;

CREATE TRIGGER trg_upd BEFORE UPDATE ON users
FOR EACH ROW EXECUTE FUNCTION touch_updated();

PL/pgSQL 支持变量、循环、异常处理，可写存储过程、函数、触发器，把复杂逻辑下沉到数据库。

复制与高可用

  • 流复制 (Streaming Replication)：基于 WAL 的物理复制，一主多从，从库可读，用于读写分离与故障切换。
  • 逻辑复制 (Logical Replication)：按表/行级发布订阅，可做跨版本迁移、部分数据同步。
  • 高可用方案：Patroni + etcd、repmgr、PgPool-II、Keepalived。
sql 复制代码 
-- 发布端
CREATE PUBLICATION mypub FOR TABLE users;
-- 订阅端
CREATE SUBSCRIPTION mysub CONNECTION 'host=master dbname=app'
  PUBLICATION mypub;

备份与恢复

sql 复制代码 
# 逻辑备份单库
pg_dump -U user -h localhost mydb > mydb.sql
# 恢复
psql -U user -d mydb -f mydb.sql

# 物理基础备份 + WAL 归档（支持 PITR 时间点恢复）
pg_basebackup -D /backup/data -Ft -Xs -P

# 导出为自定义格式（更小、可选择性恢复）
pg_dump -Fc mydb > mydb.dump

警告 ：生产务必开启 WAL 归档 并定期演练恢复，备份没有验证过等于没备份。

性能调优要点

  • 配置 ：shared_buffers（通常 25% 内存）、work_mem、effective_cache_size、max_connections 按需调整。
  • 统计信息 ：定期 ANALYZE / VACUUM（或 Autovacuum 守护），保证规划器有准确统计。
  • 慢查询 ：用 pg_stat_statements 扩展找出最耗时的 SQL。
  • 连接池：用 PgBouncer 减少连接开销。
sql 复制代码 
-- 开启语句统计扩展
CREATE EXTENSION pg_stat_statements;
SELECT query, calls, total_exec_time
FROM pg_stat_statements ORDER BY total_exec_time DESC LIMIT 10;

常用扩展插件

扩展 用途
postgis 地理空间数据
pgvector 向量检索（AI Embedding）
pg_stat_statements SQL 统计与慢查询
pg_trgm 模糊搜索 / 相似度
hstore 键值对（历史方案）
citext 不区分大小写文本
sql 复制代码 
CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS pgvector;

扩展学习资料

生态工具

  • psql：官方命令行，最强大，元命令丰富。
  • pgAdmin 4：官方图形界面，Web 化。
  • DBeaver / DataGrip：跨数据库 GUI，体验好。
  • pgcli：带自动补全的命令行客户端。
  • Flyway / Liquibase：数据库版本迁移管理（Schema as Code）。
  • PgBouncer：轻量连接池。

ORM 与框架集成

语言/框架 推荐
Python SQLAlchemy、Django ORM、asyncpg
Java Hibernate / JPA、jOOQ
Node.js Prisma、TypeORM、pg（原生驱动）
Go GORM、sqlx、pgx
Rust SQLx、Diesel
PHP Laravel Eloquent、Doctrine

注意 ：新手先用原生 SQL 打基础，再上 ORM；ORM 生成的 SQL 也要会用 EXPLAIN 检查，避免 N+1 查询。

云数据库

  • Amazon RDS / Aurora PostgreSQL：托管、自动备份与故障转移。
  • Google Cloud SQL / AlloyDB。
  • 阿里云 RDS / PolarDB 、腾讯云 PostgreSQL。
  • Neon / Supabase / Railway：现代 Serverless / 开源栈，开箱即用，适合快速原型。

监控与运维

  • 指标：连接数、锁等待、缓存命中率、TPS、复制延迟。
  • 工具：pg_stat_* 视图、Prometheus + postgres_exporter + Grafana。
  • 巡检：pgBadger 分析日志、定期 REINDEX / VACUUM。

安全

  • 最小权限原则：业务账号只授予所需 schema 的 DML 权限，禁用超级用户直连。
  • 使用 pg_hba.conf 控制访问来源，启用 SSL 连接。
  • 密码加密用 scram-sha-256（postgresql.conf 中 password_encryption）。
  • 敏感字段可用 pgcrypto 扩展加密。
  • 防止 SQL 注入：使用参数化查询 / 预编译语句，绝不拼接用户输入。

学习路线图

阶段一 · 入门（1--2 周）

  • 安装 + psql 基本使用
  • 数据类型、建表、CRUD
  • WHERE / JOIN / 聚合 / 子查询
  • 完成本资料「练习」全部题目

阶段二 · 进阶（2--4 周）

  • 索引原理与 EXPLAIN
  • 事务与隔离级别
  • 视图、函数、窗口函数
  • 约束与数据建模

阶段三 · 精通（1--3 月）

  • 分区表、物化视图、JSONB
  • PL/pgSQL 与触发器
  • 复制、备份恢复、PITR
  • 性能调优与扩展插件

阶段四 · 实战

  • 参与真实项目数据建模
  • 搭建高可用与监控
  • 阅读官方手册源码示例
  • 考 PG 认证（如 PGCA/PGCE）

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