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！

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📚 目录

• PostgreSQL 简介
• 核心特性与优势
• 系统架构
• 数据类型详解
• 索引技术
• 事务与并发控制
• 安装与配置
• 性能优化
• 高可用与备份
• 扩展与插件
• 最佳实践
• 总结

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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

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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：

-- 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

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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

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数据类型详解

🔢 数值类型

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

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索引技术

🔍 索引类型

PostgreSQL 支持多种索引类型：

1. B-Tree 索引（默认）

-- 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

-- 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）

-- 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）

-- 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）

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

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事务与并发控制

🔄 事务隔离级别

PostgreSQL 支持四种事务隔离级别：

-- 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<br/>读取未提交]
    A --> C[READ COMMITTED<br/>读取已提交<br/>默认级别]
    A --> D[REPEATABLE READ<br/>可重复读取]
    A --> E[SERIALIZABLE<br/>串行化]
    
    B --> B1[脏读 YES<br/>不可重复读 YES<br/>幻读 YES]
    C --> C1[脏读 NO<br/>不可重复读 YES<br/>幻读 YES]
    D --> D1[脏读 NO<br/>不可重复读 NO<br/>幻读 YES]
    E --> E1[脏读 NO<br/>不可重复读 NO<br/>幻读 NO]

🔒 锁机制

-- 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

-- 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

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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

# 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

# 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

# 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

# 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

# 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

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性能优化

📈 查询优化

1. 使用 EXPLAIN 分析查询

-- 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

-- 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

-- 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

# 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

# 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

-- 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

-- 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;

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高可用与备份

🔄 主从复制

1. 配置主服务器

# 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

# 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

# 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

# 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）

# 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<br/>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）

-- 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）

-- 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）

-- 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）

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

# 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

-- 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

-- 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

-- 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

-- 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

#!/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"

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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

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2025 年 10 月 3 日