PostgreSQL如何选择合适的数据类型

本文将系统性地剖析 postgresql 中各类数据类型的特性、适用场景、潜在陷阱及最佳实践，覆盖数值、字符、时间、布尔、枚举、网络、json、几何、全文搜索、范围、自定义类型等核心类别，并结合真实案例说明选型逻辑。

一、基本原则：选择数据类型的通用准则

在关系型数据库设计中，数据类型的选取看似基础，实则深刻影响着系统的存储效率、查询性能、数据完整性、扩展能力乃至长期维护成本。postgresql 作为功能最丰富的开源数据库之一，提供了远超传统 sql 标准的多样化数据类型——从精确的数值类型、灵活的时间处理，到强大的 jsonb、地理空间、全文搜索、自定义复合类型等。然而，“多”并不等于“易用”，错误的类型选择往往导致隐性性能瓶颈、存储浪费或逻辑错误。在深入具体类型前，需明确以下通用原则：

1.1 精确性优先

• 存储货币、科学计算等场景，必须使用精确类型（如 numeric），避免浮点误差。
• 示例：0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004（浮点问题）。

1.2 最小化存储

• 在满足业务需求前提下，选择占用空间最小的类型。
• 更小的行尺寸 → 更高的缓存命中率 → 更快的 i/o 和排序性能。

1.3 语义清晰

• 类型应准确表达数据含义。例如：
  • 用 date 而非 text 存储日期；
  • 用 inet 而非 varchar 存储 ip 地址。

1.4 考虑未来扩展

• 避免过早优化导致后续修改困难。例如：
  • 用户 id 初始为 int，但业务增长后需支持分布式 id（如 snowflake），应预留为 bigint。

1.5 利用约束保障完整性

• 即使类型本身不限制范围，也应通过 check 约束或域（domain）强化业务规则。

  create domain email as text check (value ~ '^[^@]+@[^@]+\.[^@]+$');

终极心法： “用最精确、最紧凑、最语义化的类型表达你的数据。”
数据库不仅是存储引擎，更是业务逻辑的载体。正确的类型选择，是构建健壮、高效、可维护系统的第一步。

二、数值类型：精度、范围与性能的权衡

postgresql 提供多种数值类型，核心区别在于精度、范围、存储大小及是否为精确计算。

2.1 整数类型

选型建议：

• 主键/外键：除非确定数据量极小（< 3 万），否则优先用 integer；若预计超 20 亿行，直接用 bigint。
• 避免过度节省：smallint 仅比 integer 节省 2 字节，但溢出风险高，现代系统内存充足，通常不值得冒险。

2.2 浮点类型

适用场景：

• 科学计算、传感器数据、图形坐标等允许近似值的场景。
• 绝不用于：货币、财务、需要精确比较的字段。

2.3 精确数值：numeric / decimal

• 语法：numeric(precision, scale)，如 numeric(10,2) 表示共 10 位，小数占 2 位。
• 存储：可变长度，按需分配。
• 优势：无舍入误差，完全精确。
• 代价：计算速度慢于整数和浮点。

典型应用：

• 货币金额：numeric(19,4)（支持万亿级金额，4 位小数用于汇率计算）
• 百分比：numeric(5,2)（如 99.99%）

⚠️ 注意：numeric 无默认精度，若省略 (p,s)，则可存储任意精度值（但性能更差）。

三、字符类型：text、varchar 与 char 的真相

postgresql 对字符类型的处理与其他数据库有显著差异。

3.1 三种类型对比

关键事实：

• 在 postgresql 中，text、varchar、char 底层存储完全相同（均使用 varlena 结构）。
• varchar(n) 的长度检查会带来轻微 cpu 开销。
• char(n) 会自动填充空格，导致比较时需 trim()，极易引发逻辑错误。

结论：

• 99% 场景使用 text；
• 仅当业务强要求最大长度（如身份证号 18 位），用 varchar(18) 并配合 check 约束；
• 永远不要用 char(n)。

3.2 长文本与大对象

• 普通 text 可存储至 1gb（受 toast 机制支持）。
• 超大文件（如视频、pdf）应使用 large objects (lob) 或外部存储（数据库仅存路径）。

  -- 创建大对象
  select lo_create(0); -- 返回 oid

四、时间类型：date、time、timestamp 与 timestamptz

时间处理是数据库常见痛点，postgresql 提供了清晰的类型划分。

4.1 核心类型对比

关键区别：

• timestamp：不带时区，存储字面值。例如 '2025-01-01 12:00:00' 在任何时区都显示相同。
• timestamptz：带时区，存储为 utc，显示时自动转换为客户端时区。

示例：

set timezone = 'asia/shanghai';
insert into logs(ts) values ('2025-01-01 12:00:00'); -- 存为 utc 04:00
set timezone = 'utc';
select ts from logs; -- 显示 2025-01-01 04:00:00+00

最佳实践：

• 所有时间戳字段必须使用 timestamptz；
• 应用层统一以 utc 交互，前端负责时区转换；
• 避免在 where 中对时间字段使用函数（破坏索引），改用范围查询：

  -- 好
  where created_at >= '2025-01-01' and created_at < '2025-02-01'
  -- 坏
  where date_trunc('month', created_at) = '2025-01-01'

4.2 间隔类型：interval

• 表示时间跨度，如 '1 day 2 hours'。
• 适用于计算、有效期等场景：

  select now() + interval '30 days'; -- 30 天后

五、布尔与枚举类型：提升语义清晰度

5.1 boolean

• 存储：1 字节
• 值：true、false、null
• 优于：用 int（0/1）或 char（‘y’/‘n’）表示布尔状态。
• 查询简洁：

  select * from users where is_active;
  

5.2 enum（枚举）

• 定义有限集合的字符串值，如状态码。
• 创建：

  create type order_status as enum ('pending', 'shipped', 'delivered', 'cancelled');
  create table orders (id serial, status order_status);
  

• 优势：
  • 存储高效（内部用整数编码）
  • 自动校验值合法性
  • 比 varchar 节省空间
• 劣势：
  • 修改枚举值需 alter type ... add value（postgresql 10+ 支持）
  • 不支持跨数据库移植

替代方案：若需频繁变更或国际化，可用参照表（lookup table）代替。

六、网络与硬件地址类型：inet、cidr、macaddr

postgresql 原生支持网络数据类型，避免字符串存储的弊端。

优势：

• 内置验证（非法 ip 无法插入）
• 支持网络运算：

  select '192.168.1.10'::inet << '192.168.1.0/24'; -- true（属于该网段）

• 索引优化（brin 索引适合 ip 范围查询）

应用场景：访问日志、防火墙规则、设备管理。

七、json 与 jsonb：半结构化数据的终极武器

详见前文《jsonb 详解》，此处强调选型要点：

• jsonb vs json：除非需保留原始格式（如审计），否则一律用 jsonb。
• 何时使用：
  • 结构高度动态（如用户配置、api payload）
  • 读多写少，且不需频繁 join
  • 作为关系模型的补充，而非替代
• 何时避免：
  • 核心业务实体（如用户、订单）应拆分为关系表
  • 需要强约束、外键、复杂事务

示例：

-- 好：用户偏好设置
create table users (id serial, name text, prefs jsonb);
-- 坏：将订单明细存为 json
-- 应拆分为 orders + order_items 两张表

八、几何与地理空间类型

8.1 内置几何类型

• point、line、lseg、box、path、polygon、circle
• 适用于简单图形计算（如地图标注、碰撞检测）
• 示例：

  create table locations (name text, coord point);
  select name from locations where coord <@ box '((0,0),(10,10))';
  

8.2 postgis 扩展（生产推荐）

• 安装 postgis 扩展后，提供 geometry、geography 类型
• 支持 wgs84 坐标系、距离计算、空间索引（gist）
• 必须用于：lbs、物流、地理围栏等场景

  create extension postgis;
  create table places (name text, geom geometry(point, 4326));
  

九、全文搜索类型：tsvector 与 tsquery

postgresql 内置全文检索能力，无需外部搜索引擎。

• tsvector：文档的词位向量（已分词、去停用词、标准化）
• tsquery：搜索条件表达式

工作流程：

-- 创建向量
update articles set tsv = to_tsvector('english', title || ' ' || body);
-- 创建 gin 索引
create index idx_tsv on articles using gin(tsv);
-- 搜索
select * from articles where tsv @@ to_tsquery('english', 'database & performance');

优势：

• 高性能（gin 索引）
• 支持权重、高亮、相关性排序
• 适合中小型全文检索需求

十、范围类型（range types）：处理区间数据

postgresql 独创的范围类型，优雅解决“时间段”、“价格区间”等问题。

10.1 内置范围类型

10.2 核心操作

• 重叠检查：

  select int4range(10, 20) && int4range(15, 25); -- true
  

• 约束排他（防止重叠）：

  create table room_bookings (
      room text,
      during tsrange,
      exclude using gist (room with =, during with &&)
  );
  

  此约束确保同一房间的预订时间不重叠。

应用场景：日历预约、价格策略、资源调度。

十一、自定义类型：复合类型与域（domain）

11.1 复合类型（composite type）

• 类似 c 结构体，组合多个字段。
• 创建：

  create type address as (street text, city text, zip text);
  create table users (id serial, home address);
  

• 访问：

  select (home).city from users;
  

适用场景：逻辑上紧密关联的属性组（如地址、坐标）。

11.2 域（domain）

• 基于现有类型 + 约束，创建语义化新类型。
• 示例：

  create domain us_postal_code as text check (value ~ '^\d{5}$');
  create table addresses (zip us_postal_code);
  

优势：复用约束逻辑，提升代码可读性。

十二、避坑：常见错误与反模式

12.1 用字符串存数字或日期

• 问题：无法校验、排序错误、计算困难。
• 修复：用 numeric、date 等专用类型。

12.2 过度使用 uuid 作主键

• 问题：16 字节 vs 4 字节（int），索引更大，写入更慢（随机 io）。
• 建议：
  • 内部系统用 bigserial；
  • 对外暴露 id 用 uuid，但主键仍为整数。

12.3 忽略 null 语义

• 问题：null = null 返回 null（非 true），导致逻辑错误。
• 对策：
  • 明确字段是否允许 null；
  • 使用 is null / is not null 判断；
  • 考虑用默认值替代 null（如 0、''）。

12.4 滥用 jsonb 替代关系模型

• 问题：丧失 acid、join、约束等关系优势。
• 原则：核心实体关系化，边缘属性文档化。

最后总结：数据类型选型决策树

1. 数值：

   • 精确计算 → numeric
   • 整数 id → bigint（防溢出）
   • 浮点 → double precision（仅限科学计算）

2. 字符：

   • 默认 → text
   • 强长度限制 → varchar(n)
   • 避免 → char(n)

3. 时间：

   • 绝对时间戳 → timestamptz
   • 日期 → date
   • 时间段 → tstzrange

4. 状态/分类：

   • 固定选项 → enum
   • 动态选项 → 参照表

5. 半结构化：

   • 动态属性 → jsonb
   • 全文检索 → tsvector

6. 特殊领域：

   • ip → inet
   • 地理 → postgis
   • 区间 → range

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