PostgreSQL数据库从入门到精通实战_MsSqlserver

这是一份详细的 postgresql 数据库使用指南，涵盖核心概念、操作、管理和优化实践。

1. 介绍与安装

1.1 什么是 postgresql？

postgresql 是一个功能强大、开源的对象关系型数据库管理系统 (ordbms)。它以其高度的 sql 标准兼容性、强大的功能集（如 json 支持、地理空间数据处理、全文搜索）、可扩展性（通过扩展）以及可靠性（acid 事务支持）而闻名。

1.2 安装 postgresql

操作系统： postgresql 支持 windows, linux (各发行版), macos 等。
安装方式：
- 官方仓库/包管理器： 推荐方式。例如：
  - ubuntu/debian: sudo apt-get update && sudo apt-get install postgresql postgresql-contrib
  - centos/rhel: sudo yum install postgresql-server postgresql-contrib
  - macos (homebrew): brew install postgresql
  - windows: 下载安装程序并运行。
- 源码编译： 提供最大灵活性，适合高级用户。
初始化数据库集群： 安装后，通常需要初始化一个数据库集群（存放数据的目录）。
- linux: sudo postgresql-setup initdb
- macos (homebrew): initdb -d /usr/local/var/postgres (路径可能不同)
启动服务：
- linux (systemd): sudo systemctl start postgresql
- macos (homebrew): brew services start postgresql
- windows: 使用服务管理器或 pg_ctl 命令。

2. 基本概念与操作

2.1 连接数据库

默认用户： 安装后通常创建一个名为 postgres 的超级用户。
命令行连接 (psql)： psql -u username -d dbname -h hostname -p port
- -u: 用户名 (如 postgres)
- -d: 数据库名 (默认 postgres)
- -h: 主机 (默认 localhost)
- -p: 端口 (默认 5432)
图形化工具： pgadmin, dbeaver, datagrip 等。
在 psql 内：
- \q: 退出
- \l: 列出所有数据库
- \c dbname: 切换到数据库 dbname
- \dt: 列出当前数据库的所有表
- \d tablename: 查看表 tablename 的结构
- \?: 查看帮助
- \e: 打开编辑器编辑当前查询
- \i filename: 执行 sql 脚本文件 filename
- \timing: 切换命令执行时间显示

2.2 创建数据库

create database mydatabase;
-- 指定所有者
create database mydatabase owner myuser;
-- 指定编码 (推荐 utf8)
create database mydatabase encoding 'utf8';

2.3 创建用户/角色

在 postgresql 中，"角色"（role）可以代表用户（user）或用户组（group）。

-- 创建登录角色 (用户)
create role myuser with login password 'mypassword';
-- 创建超级用户
create role adminuser with login password 'adminpass' superuser;
-- 修改密码
alter role myuser with password 'newpassword';

2.4 创建表

create table employees (
    id serial primary key, -- serial 通常用于自动递增主键
    first_name varchar(50) not null,
    last_name varchar(50) not null,
    email varchar(100) unique,
    hire_date date not null,
    salary numeric(10, 2) check (salary > 0),
    department_id integer references departments(id) -- 外键约束
);

常见数据类型：

integer, smallint, bigint
numeric(precision, scale), decimal(precision, scale) - 精确数值
real, double precision - 浮点数
varchar(n), char(n), text
boolean
date, time, timestamp, interval
json, jsonb (二进制 json, 更高效)
uuid
array
geometry (postgis 扩展)

2.5 crud 操作 (创建、读取、更新、删除)

插入数据 (create):

insert into employees (first_name, last_name, email, hire_date, salary, department_id)
values ('john', 'doe', 'john.doe@example.com', '2023-01-15', 60000.00, 1);
-- 插入多条
insert into employees (...) values (...), (...), (...);

查询数据 (read):

-- 基本查询
select * from employees;
-- 选择特定列
select first_name, last_name, salary from employees;
-- 条件过滤 (where)
select * from employees where salary > 50000;
select * from employees where hire_date between '2022-01-01' and '2023-12-31';
select * from employees where last_name like 'sm%'; -- 模糊匹配
-- 排序 (order by)
select * from employees order by salary desc;
-- 限制结果集 (limit, offset)
select * from employees order by hire_date desc limit 10 offset 20; -- 分页
-- 聚合函数 (count, sum, avg, min, max)
select count(*) from employees;
select department_id, avg(salary) as avg_salary from employees group by department_id;
select department_id, avg(salary) from employees group by department_id having avg(salary) > 50000; -- having 过滤分组
-- 连接查询 (join)
select e.first_name, e.last_name, d.name as department_name
from employees e
inner join departments d on e.department_id = d.id;
-- 子查询
select * from employees where salary > (select avg(salary) from employees);

更新数据 (update):

update employees set salary = salary * 1.05 where department_id = 3; -- 给部门3的员工涨薪5%
update employees set email = 'new.email@example.com' where id = 42;

删除数据 (delete):

delete from employees where id = 100; -- 删除特定行
delete from employees; -- 删除所有行 (危险！通常用 truncate 更快)
truncate table employees; -- 快速清空表，重置序列 (如果有)，但无法触发 delete 触发器
truncate table employees restart identity; -- 同时重置关联的序列

3. 高级功能

3.1 索引

索引是加速查询的关键。

创建索引：

create index idx_employees_last_name on employees (last_name);
create index idx_employees_department_salary on employees (department_id, salary); -- 复合索引
-- 唯一索引 (通常由 unique 约束自动创建)
create unique index idx_employees_email on employees (email);

索引类型：
- b-tree: 默认类型，适用于等值查询、范围查询、排序。支持所有数据类型。
- hash: 仅适用于等值查询 (=)，通常不如 b-tree 常用。
- gist (generalized search tree): 适用于几何数据、全文搜索、范围类型等复杂数据类型。
- gin (generalized inverted index): 适用于包含操作符（如 @>, <@, &&）的数据类型，如数组、jsonb、全文搜索。
- sp-gist (space-partitioned gist): 适用于可分割空间的数据类型（如点）。
- brin (block range index): 适用于非常大的、物理存储有序的表（如时间序列），索引非常小。
查看索引： \d tablename 或 select * from pg_indexes where tablename = 'employees';
维护索引： reindex index idx_name; 或 reindex table table_name; 或 reindex database db_name;

3.2 事务 (transactions)

postgresql 使用 mvcc (多版本并发控制) 来管理并发访问。

事务块：

begin; -- 或 start transaction;
-- 执行一系列 sql 语句
update accounts set balance = balance - 100.00 where id = 1;
update accounts set balance = balance + 100.00 where id = 2;
commit; -- 提交事务
-- 如果出错
rollback; -- 回滚事务

事务隔离级别： postgresql 支持 sql 标准级别：
- read committed (默认)
- repeatable read
- serializable
- 设置：set transaction isolation level ...; (在 begin 之后)

3.3 视图 (views)

视图是基于一个或多个表的查询结果的虚拟表。

-- 创建视图
create view employee_summary as
select e.id, e.first_name, e.last_name, d.name as department, e.salary
from employees e
join departments d on e.department_id = d.id;
-- 查询视图
select * from employee_summary where department = 'engineering';
-- 更新视图 (有限制条件，需满足特定规则)
create or replace view ... -- 修改视图定义
drop view employee_summary; -- 删除视图

3.4 存储过程与函数 (pl/pgsql)

postgresql 支持多种过程语言，最常用的是 pl/pgsql。

-- 简单函数示例
create or replace function get_employee_count(dept_id integer)
returns integer as $$
declare
    emp_count integer;
begin
    select count(*) into emp_count
    from employees
    where department_id = dept_id;
    return emp_count;
end;
$$ language plpgsql;
-- 调用函数
select get_employee_count(1);

3.5 触发器 (triggers)

触发器在特定事件（insert, update, delete）发生时自动执行一个函数。

-- 创建触发器函数 (记录员工薪资变更)
create or replace function log_salary_change()
returns trigger as $$
begin
    if new.salary <> old.salary then
        insert into salary_history (employee_id, old_salary, new_salary, change_time)
        values (old.id, old.salary, new.salary, now());
    end if;
    return new;
end;
$$ language plpgsql;
-- 创建触发器
create trigger track_salary_change
after update of salary on employees -- 仅当 salary 列更新时触发
for each row
execute function log_salary_change();

3.6 扩展 (extensions)

postgresql 的功能可以通过扩展来增强。

查看可用扩展： select * from pg_available_extensions;
安装扩展： create extension extension_name; (需要超级用户权限)
常用扩展：
- postgis: 地理空间数据处理。
- pgcrypto: 加密函数。
- uuid-ossp: 生成 uuid。
- hstore: 键值对存储。
- pg_stat_statements: 跟踪 sql 执行统计。
- citext: 大小写不敏感的文本类型。
查看已安装扩展： \dx 或 select * from pg_extension;

4. 管理与维护

4.1 配置 (postgresql.conf)

主要配置文件，控制数据库行为（内存、连接、日志、复制等）。位置通常在数据目录下。

重要参数：
- listen_addresses: 监听地址 ('*' 表示所有 ip)。
- port: 监听端口 (默认 5432)。
- max_connections: 最大并发连接数。
- shared_buffers: 共享内存缓冲区大小（通常设为系统内存的 25%）。
- work_mem: 每个操作（排序、哈希）可用的内存。
- maintenance_work_mem: vacuum, create index 等维护操作使用的内存。
- wal_level: 预写日志级别（影响复制和备份）。
- fsync: 是否确保数据写入磁盘（通常 on）。
修改配置：
- 编辑 postgresql.conf。
- 使用 sql: alter system set parameter_name = 'value'; (需要 superuser 权限，修改 postgresql.auto.conf)。
- 重新加载配置: select pg_reload_conf(); (无需重启) 或重启 postgresql 服务。

4.2 用户与权限管理

授权 (grant):

grant select, insert, update on table employees to myuser; -- 授予表权限
grant all privileges on database mydatabase to adminuser; -- 授予数据库所有权限
grant usage on schema public to myuser; -- 授予模式使用权限 (通常是必要的)

撤销权限 (revoke):

revoke update on table employees from myuser;

角色成员关系：

grant role_name to user_name; -- 将用户加入角色组
revoke role_name from user_name;

4.3 备份与恢复

逻辑备份 (pg_dump / pg_dumpall):

# 备份单个数据库
pg_dump -u username -d dbname -f c -f backup_file.dump # 自定义格式 (推荐，支持并行恢复)
pg_dump -u username -d dbname -f p -f backup_file.sql # 纯 sql 格式
# 备份所有数据库 (包括全局对象)
pg_dumpall -u username -f alldbs.sql

物理备份 (文件系统级): 需要停止数据库或使用 pitr (point-in-time recovery)。通常与 wal 归档结合使用。

恢复：

# 恢复逻辑备份 (自定义格式)
pg_restore -u username -d newdbname -c backup_file.dump # -c 表示先创建数据库
# 恢复 sql 备份
psql -u username -d dbname -f backup_file.sql

4.4 性能调优

使用 explain 分析查询计划：这是调优的基础。

explain select * from employees where last_name = 'smith'; -- 显示计划
explain analyze select ...; -- 实际执行并显示计划和实际耗时

关注点：
- seq scan vs index scan: 避免全表扫描 (seq scan)，利用索引 (index scan)。
- 成本 (cost): 估算的执行代价。
- 行数估计 (rows): 优化器估计的行数是否准确？不准确可能源于过时的统计信息。
- 连接类型 (join type): nested loop, hash join, merge join。选择取决于数据量和索引。
更新统计信息： analyze table_name; 或 vacuum analyze table_name;。自动 autovacuum 进程通常会处理。
调整配置参数： 如 shared_buffers, work_mem, effective_cache_size, random_page_cost, maintenance_work_mem。
使用 pg_stat_statements 扩展: 识别高频、高消耗的 sql 语句。
监控工具: pgadmin dashboard, pg_top, vmstat, iostat, top 等。

4.5 日常维护

vacuum: 清理死元组（由 mvcc 产生），回收空间，更新可见性信息。
- 普通 vacuum: vacuum table_name; (不阻塞读写)
- 完整 vacuum: vacuum full table_name; (重写表，阻塞，需要更多空间，慎用)
- 自动 vacuum (autovacuum): 强烈推荐开启并配置合理参数 (autovacuum_vacuum_scale_factor, autovacuum_vacuum_threshold)。监控 pg_stat_all_tables 的 n_dead_tup。
reindex: 重建索引以消除碎片。定期或在性能下降时进行。
日志管理: 配置 log_destination, logging_collector, log_filename, log_rotation_size, log_rotation_age。分析日志 (pg_log) 以排查问题。
监控: 使用 pg_stat_* 视图 (pg_stat_database, pg_stat_user_tables, pg_stat_user_indexes), pg_statio_* 视图。

5. 安全

身份验证 (pg_hba.conf): 控制谁可以如何连接。
- 位置：数据目录下。
- 格式：host database user address auth-method [auth-options]
- 常用方法：trust (不安全), md5, scram-sha-256 (推荐), peer (本地), cert (ssl 证书)。
密码策略: 使用 alter role ... password ... 设置强密码。考虑密码有效期（需额外配置）。
网络加密 (ssl):
- 配置 postgresql.conf: ssl = on, 设置 ssl_cert_file, ssl_key_file。
- 配置 pg_hba.conf: 使用 hostssl 条目强制 ssl 连接。

行级安全策略 (rls): 限制用户对表中特定行的访问。

create policy employee_policy on employees
for select to sales_staff
using (department_id = (select department_id from user_departments where username = current_user));
alter table employees enable row level security;

最小权限原则: 仅为用户授予完成工作所需的最小权限。
定期审计: 审查用户权限、配置文件和日志。

6. 复制与高可用

postgresql 支持多种复制方案以实现高可用性和读写分离。

流复制 (streaming replication): 基于 wal 的异步或同步复制。一个主库 (master)，多个备库 (standby/replica)。备库可以用于只读查询。
逻辑复制: 复制特定的表或数据变更，更灵活，允许不同版本或部分复制。使用发布/订阅模型。
高可用解决方案: 需要额外的工具来管理故障切换 (failover)。
- 内置工具: pg_rewind (修复分歧的备库)。
- 流行方案: patroni, repmgr, pgpool-ii。
负载均衡: 使用 pgpool-ii 或 haproxy 等中间件分发读请求到多个备库。

附录

常用函数：
- 字符串: concat(), substring(), trim(), upper(), lower(), length(), position()。
- 日期/时间: now(), current_date, current_time, extract(field from timestamp), date_trunc('unit', timestamp), age(timestamp)。
- 数学: abs(), round(), ceil(), floor(), sqrt(), power(), random()。
- 聚合: count(), sum(), avg(), min(), max(), array_agg(), string_agg()。
- json: jsonb_array_elements(), jsonb_extract_path_text(), jsonb_set(), ->, ->>。
错误代码: 参考 postgresql 文档中的 "appendix a. postgresql error codes"。
官方文档: 始终是权威参考 - https://www.postgresql.org/docs/

这份指南提供了 postgresql 的全面概览和核心实践。请务必查阅官方文档以获取最准确和最新的信息，并根据您的具体需求和应用场景进行深入学习和配置调整。

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