【数据库知识】PostgreSQL介绍
概述
PGSQL,全称PostgreSQL,是一个功能强大的对象-关系型数据库管理系统(ORDBMS)。以下是对PGSQL的详细介绍:
一、起源与发展
- PGSQL最初是基于加州大学伯克利分校计算机系开发的POSTGRES版本4.2。
- POSTGRES项目由防务高级研究项目局(DARPA)、陆军研究办公室(ARO)、国家科学基金(NSF)以及ESL, Inc共同赞助。
- POSTGRES的实现始于1986年,并在随后的几年中不断发展,增加了多存储管理器的支持、改进了查询执行器,并重新编写了规则系统。
- 在1992年末,POSTGRES成为Sequoia 2000科学计算项目的首要数据管理器。
*伯克利的POSTGRES项目在版本4.2时正式终止,之后代码被Illustra Information Technologies(后来并入Informix,而Informix又属于IBM)拿到并使之商业化。
二、特性与功能
- 开源性:PGSQL是开源的,用户可以自由地使用、修改和分发。
- 可扩展性:支持水平和垂直的扩展,方便适应不同规模和需求的数据库应用。
- 多功能性:支持丰富的数据库功能,包括事务处理、并发控制、触发器、存储过程、外键约束等。
- 支持复杂查询。
- 提供多版本并发控制(MVCC)。
- 允许通过增加新的数据类型、函数、操作符、聚集函数和索引方法来扩展数据库功能。
- 高性能:能够处理大量的并发请求和高负载的数据库操作。
- 数据安全性:提供强大的安全机制,包括用户认证、访问控制、数据加密等,保障数据的安全性和完整性。
- 跨平台性:可在多种操作系统上运行,包括Windows、Linux、Unix等。
三、PL/pgSQL语言
- PL/pgSQL是PGSQL的过程化SQL语言,它扩展了普通的SQL语句,增加了编程语言的特点。
- 在PL/pgSQL中,数据操作和查询语句被组织在过程性单元中,通过逻辑判断、循环等操作实现复杂的功能或计算。
- PL/pgSQL函数在第一次被调用时,其源代码将被解析为二进制指令树,并且只有在首次用到表达式和SQL命令时,才会为其创建一个准备好的执行规划。
四、应用场景
- PGSQL被广泛应用于各种企业级应用和大型数据处理项目中。
- 在数据清洗过程中,PL/pgSQL的循环结构可以用来遍历数据表中的每一行,进行清洗和转换操作,如去除重复数据、格式化数据、填充缺失值等。
- PGSQL还支持主备流复制等高级功能,适用于需要高可用性和数据冗余的场景。
五、配置与优化
- PGSQL的配置涉及多个方面,包括内存分配、磁盘I/O、网络连接等。
- 用户可以根据实际需求调整配置文件(如postgresql.conf)中的参数来优化数据库性能。
- 此外,还可以通过使用索引、优化查询语句等方式来提高数据库的查询效率。
综上所述,PGSQL是一个功能强大、可靠稳定的数据库系统,具有开源性、可扩展性、多功能性、高性能、数据安全性和跨平台性等特点。它适用于各种规模和复杂度的应用场景,并提供了丰富的功能和工具来满足用户的需求。
核心概念
PGSQL(PostgreSQL)是一个开源的对象-关系数据库系统,它支持SQL查询语言及多种编程语言,并提供了许多高级特性。以下是PGSQL的核心概念:
一、基础数据结构
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表(Table):
- 表是存储数据的结构,由一组字段组成,每个字段定义了表中的数据类型。
- 表是PGSQL中最基本的数据存储单位。
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字段(Field):
- 表中的每个列都称为一个字段,它定义了表中的数据类型,如整数、字符串、日期等。
- 字段是表中数据的基本组成单元。
-
数据类型(Data Type):
- 数据类型定义了字段中可以存储的数据种类,如整数、字符、日期、数组等。
- PGSQL支持多种数据类型,以满足不同应用的需求。
二、数据操作
-
SQL语句:
- 使用SQL语句可以创建、修改、删除表,以及插入、查询、更新和删除数据。
- SQL语句是PGSQL进行数据操作的基础。
-
查询(Query):
- 查询是获取表中数据的主要方式。
- 可以使用SELECT语句从表中查询数据,并使用WHERE子句等条件来过滤结果。
-
插入(Insert):
- 插入是将新数据添加到表中的操作。
- 可以使用INSERT INTO语句向表中插入数据。
-
更新(Update):
- 更新是修改表中现有数据的操作。
- 可以使用UPDATE语句更新表中的数据。
-
删除(Delete):
- 删除是从表中移除数据的操作。
- 可以使用DELETE FROM语句删除表中的数据。
三、高级特性
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索引(Index):
- 索引是提高查询效率的重要工具。
- PGSQL支持多种索引类型,如B-Tree、Hash、GiST、GIN等。
- 索引可以加速查询速度,但也可能影响插入、更新和删除操作的性能。
-
多版本并发控制(MVCC):
- MVCC是PGSQL实现高并发读写操作的关键技术。
- 它通过为每个事务提供数据库的快照来实现,使得事务在并发执行时不会相互干扰。
-
扩展性与自定义功能:
- PGSQL允许用户定义新的数据类型、函数和操作符。
- 用户还可以创建自定义的索引方法和存储过程。
- 这些特性使得PGSQL具有很高的灵活性和可扩展性。
-
安全性:
- PGSQL提供了多种安全机制,如用户认证、访问控制和数据加密等。
- 这些机制可以保护数据库免受未经授权的访问和数据泄露的风险。
-
备份与恢复:
- PGSQL提供了多种备份和恢复方法,如物理备份、逻辑备份和连续归档等。
- 这些方法可以确保数据库在发生故障时能够快速恢复。
四、应用场景
-
企业数据库:
- PGSQL可以作为企业级数据库,支持各种企业级应用,如ERP、交易系统、财务系统等。
- 这些应用涉及大量资金和客户信息,数据不能丢失且业务逻辑复杂。
- PGSQL在数据一致性前提下提供高可用性,并且可以用简单的编程实现复杂的业务逻辑。
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含LBS的应用:
- 对于需要支持地理对象查询和位置服务的应用,如大型游戏、O2O等。
- PGSQL的PostGIS扩展增加了对地理对象的支持,允许以SQL运行位置查询。
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数据仓库和大数据:
- PGSQL的更多数据类型和强大的计算能力使其成为构建数据库仓库或大数据分析平台的理想选择。
- 它可以帮助用户更简单地进行数据管理和分析,为企业运营提供有力支持。
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网站或App数据库:
- PGSQL良好的性能和强大的功能可以有效地提高网站性能并降低开发难度。
- 因此也是网站或应用程序的理想数据库选择。
综上所述,PGSQL的核心概念包括基础数据结构(表、字段、数据类型)、数据操作(SQL语句、查询、插入、更新、删除)、高级特性(索引、MVCC、扩展性与自定义功能、安全性、备份与恢复)以及应用场景(企业数据库、含LBS的应用、数据仓库和大数据、网站或App数据库)。这些核心概念构成了PGSQL的基础和核心,使得它成为一个功能强大且灵活的数据库系统。
多版本控制MVCC说明
MVCC(Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制)是PostgreSQL中使用的一种重要的并发控制机制。以下是对PGSQL中MVCC的详细介绍:
一、MVCC的基本概念
MVCC允许多个事务同时读取和修改数据库中的数据,而不会发生读取脏数据或写入冲突的情况。在MVCC中,每次写入操作都会创建一个新的版本(或称为快照)来保存数据的历史状态。这样,即使有其他事务在并发进行读取或写入操作,它们也可以同时访问数据库中的不同版本,而不会相互影响。因此,MVCC可以实现更好的并发性能和数据一致性。
二、MVCC的实现原理
-
版本链:
- 在MVCC中,每当数据被修改时,都会生成一个新的版本,并通过回滚指针与旧版本相连,形成一条版本链。
- 版本链是MVCC实现的关键之一,它记录了数据的修改历史。
-
事务ID(XID):
- 每个事务都有一个唯一的XID,用于标识事务的开始和结束时间。
- XID在MVCC中用于确定数据的可见性。
-
可见性标识:
- 可见性标识用于确定哪些版本的数据对于每个事务是可见的。
- 在PostgreSQL中,可见性标识通常与事务ID一起使用,以确定数据的可见性规则。
-
Read View:
- Read View是事务在执行读操作时生成的视图,用于判断当前事务能够看到哪个版本的数据。
- 它结合事务版本号来控制数据访问,确保事务读取到的数据是符合隔离级别要求的。
三、MVCC的工作流程
-
事务开始:
- 当一个事务开始时,系统会为其分配一个唯一的事务ID(XID)。
-
数据读取:
- 在读取数据时,事务会根据其XID和Read View来判断哪个版本的数据是可见的。
- 如果数据的版本链中存在一个版本,其事务ID小于Read View中的最小活跃事务ID,或者等于创建Read View的事务ID,则该数据对当前事务可见。
-
数据修改:
- 当事务修改数据时,系统会创建一个新的数据版本,并将其添加到版本链中。
- 同时,系统会更新可见性标识,以反映新的数据版本的可见性。
-
事务提交或回滚:
- 当事务提交时,其修改的数据版本将变得对所有后续事务可见。
- 如果事务回滚,则系统会撤销其修改,并恢复数据到修改前的版本。
四、MVCC的优势
-
高并发性能:
- MVCC允许多个事务并发地读取和修改数据,而不会相互干扰。
- 这显著提高了数据库的并发性能和吞吐量。
-
数据一致性:
- 通过维护数据的多个版本,MVCC可以确保事务在读取数据时看到的是一致的快照。
- 这避免了脏读、不可重复读等并发问题。
-
支持高级别的事务隔离性:
- MVCC支持RC(Read Committed)和RR(Repeatable Read)等高级别的事务隔离性。
- 这使得PostgreSQL能够满足各种复杂应用场景的需求。
五、MVCC的局限性
-
额外的存储空间:
- MVCC需要维护数据的多个版本,因此需要额外的存储空间来保存旧版本的数据。
- 这可能会增加数据库的存储成本。
-
垃圾回收:
- 随着时间的推移,旧版本的数据可能会变得不再需要。
- PostgreSQL需要定期执行垃圾回收操作来清理这些不再需要的数据版本,以释放存储空间。
- 垃圾回收过程可能会增加数据库的IO消耗和管理复杂性。
综上所述,MVCC是PostgreSQL中一种重要的并发控制机制,它通过维护数据的多个版本来实现高并发性能和数据一致性。虽然MVCC具有一些局限性,如额外的存储空间和垃圾回收问题,但其优势仍然使得它成为现代数据库管理系统中的标配之一。
可扩展性说明
PGSQL(PostgreSQL)的可扩展性是其备受青睐的重要原因之一。以下是对PGSQL可扩展性的详细说明:
一、核心可扩展性机制
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扩展(EXTENSION)特性:
- PostgreSQL支持通过扩展机制来增强数据库的功能。这些扩展通常包含预编译的SQL脚本和二进制文件,可以为数据库添加新的数据类型、函数、操作符、索引方法等。
- 用户可以根据需要安装和使用这些扩展,而无需修改数据库的核心代码。这种灵活性使得PostgreSQL成为一种非常可定制化的数据库系统,能够满足各种复杂和独特的需求。
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模块化设计:
- PostgreSQL的模块化设计允许开发者将数据库功能划分为独立的模块,这些模块可以独立开发、测试和维护。
- 这种设计不仅提高了数据库的可维护性,还为扩展和定制提供了便利。
二、水平和垂直扩展
-
水平扩展:
- 水平扩展通常通过分片(Sharding)和分区(Partitioning)技术实现。
- 分片是将数据分散到多个数据库节点上,每个节点存储数据的一个子集。这样可以提高数据库的并行处理能力和存储容量。
- 分区是将一个大的数据表划分为多个小的分区表,每个分区表存储数据的一个子集。这有助于优化查询性能和管理大数据集。
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垂直扩展:
- 垂直扩展是通过增加单个数据库节点的资源(如CPU、内存、存储)来提高数据库的处理能力。
- 在垂直扩展中,数据库的性能提升受限于单个节点的硬件资源。因此,当单个节点达到性能瓶颈时,需要考虑水平扩展或其他优化策略。
三、扩展插件和社区支持
-
扩展插件:
- PostgreSQL拥有丰富的扩展插件生态,这些插件可以扩展数据库的功能和性能。
- 例如,pgcrypto扩展提供了各种加密功能,如哈希、加密和解密等;PostGIS扩展为PostgreSQL添加了地理空间数据类型和函数,使其能够存储和处理地理空间数据。
- 用户可以根据需求选择合适的扩展插件来增强数据库的功能。
-
社区支持:
- PostgreSQL拥有一个庞大且活跃的开发者社区,社区成员不断贡献代码、修复漏洞并提供技术支持。
- 这种社区驱动的创新模式使得PostgreSQL能够及时响应用户需求,持续改进和完善系统功能。
四、复制和故障转移
-
内置复制功能:
- PostgreSQL具有内置的复制功能,可以轻松地设置主从复制和高可用性集群。
- 这有助于确保数据的可靠性和可用性,即使在单个节点发生故障时也能保证数据不丢失和服务不中断。
-
故障转移机制:
- PostgreSQL支持自动故障转移,当主节点发生故障时,可以自动将服务切换到备用节点上。
- 这提高了数据库的可用性和可靠性,降低了因单点故障而导致的服务中断风险。
五、性能优化和扩展策略
-
性能优化:
- PostgreSQL提供了多种性能优化手段,如查询优化器、索引类型选择、内存管理等。
- 用户可以根据实际需求调整这些参数来优化数据库的性能。
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扩展策略:
- 在面对大规模数据处理需求时,用户可以采用分片、分区、集群等技术来扩展数据库的处理能力和存储容量。
- 同时,也可以利用扩展插件和社区支持来不断扩展和优化数据库的功能和性能。
综上所述,PostgreSQL的可扩展性体现在其核心机制、水平和垂直扩展能力、丰富的扩展插件和社区支持以及复制和故障转移功能等多个方面。这些特性使得PostgreSQL能够适应不断演变的数据管理和分析需求,为用户提供强大的支持。
索引类型说明
PGSQL(PostgreSQL)提供了多种索引类型,每种索引类型都有其特定的算法和适用场景。以下是PGSQL中主要的索引类型及其使用场景的详细介绍:
一、B-Tree索引
-
概述:B-Tree索引是PostgreSQL中的标准索引类型,它主要用于等于和范围查询。B-Tree代表平衡树,其特点在于能够保持数据的有序性,并且平衡树的特性使得查询效率较高。
-
使用场景:
- 当索引列包含操作符“<、<=、=、>=、>”作为查询条件时。
- 在使用BETWEEN、IN、IS NULL和IS NOT NULL的查询中。
- 基于模式匹配操作符的查询,但仅当模式存在一个常量且该常量位于模式字符串的开头时(如LIKE ‘foo%’)索引才会生效,否则将执行全表扫描。
二、Hash索引
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概述:Hash索引主要用于处理简单的等于比较。当索引列使用等于操作符进行比较时,查询规划器会考虑使用Hash索引。
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使用场景:
- 适用于需要快速精确匹配的查询场景。
- 但需要注意的是,Hash索引的尺寸和构造时间相对较差,且目前Hash索引操作没有记录WAL日志,因此在数据库崩溃后需要使用REINDEX重建Hash索引。
三、GiST索引
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概述:GiST(通用搜索树)索引不是一种单独的索引类型,而是一种架构。它可以在该架构上实现很多不同的索引策略,从而支持不同的操作符类型。
-
使用场景:
- 主要用于二维几何类型数据的查询。
- 支持多种操作符,如严格在左侧(<<)、严格在右侧(>>)、包含(@>)和被包含(<@)等。
四、GIN索引
-
概述:GIN(倒排索引)索引可以处理包含多个键的值(如数组)。与GiST类似,GIN也支持用户定义的索引策略和特定操作符。
-
使用场景:
- 适用于需要快速查询包含多个键的值的场景,如数组类型的列。
- 支持多种操作符,如<@、@>、=、&&等。
五、多列索引(复合索引)
-
概述:PostgreSQL中的索引可以定义在数据表的多个字段上,这种索引被称为多列索引或复合索引。
-
使用场景:
- 适用于需要同时根据多个列进行查询的场景。
- 在B-Tree类型的复合索引中,索引字段的任意子集均可用于查询条件,但只有复合索引中的第一个索引字段(最左边)被包含时才能获得最高效率。
- 在GiST和GIN类型的复合索引中,也有类似的限制和效率考虑。
六、唯一索引
-
概述:唯一索引保证索引列中的值是唯一的,但允许NULL值。在PostgreSQL中,只有B-Tree索引可以被声明为唯一索引。
-
使用场景:
- 适用于需要保证数据唯一性的场景,如用户ID、邮箱地址等。
- 如果索引声明为唯一索引,则不允许出现多个索引值相同的行。
七、表达式索引
-
概述:表达式索引主要用于在查询条件中存在基于某个字段的函数或表达式的结果与其他值进行比较时。
-
使用场景:
- 适用于需要对字段进行函数处理后再进行查询的场景。
- 例如,如果有一个字段存储的是大小写不敏感的文本数据,可以创建一个基于LOWER函数的表达式索引来加速大小写不敏感的查询。
综上所述,PostgreSQL提供了多种索引类型以满足不同的查询需求。在选择索引类型时,需要根据具体的查询场景和数据特点进行权衡和选择。
基础语法
PGSQL,即PostgreSQL,是一种功能强大的开源对象-关系数据库系统。其语法丰富多样,涵盖了数据库和表的操作、数据查询与更新、事务处理等多个方面。以下是对PGSQL语法的一个简单说明:
一、数据库操作
-
连接数据库
- 使用psql命令行工具连接数据库,如:
psql -h 主机地址 -p 端口号 -U 用户名 -d 数据库名
- 使用psql命令行工具连接数据库,如:
-
创建数据库
- 使用
CREATEDATABASE
语句创建数据库,如:CREATEDATABASE dbname;
- 使用
-
删除数据库
- 使用
DROP DATABASE
语句删除数据库,如:DROP DATABASE dbname;
。可以添加IF EXISTS
选项,以避免在数据库不存在时产生错误信息。
- 使用
二、表操作
-
创建表
- 使用
CREATETABLE
语句创建表,需要指定表名和列的定义(包括数据类型和约束条件),如:
CREATETABLE table_name ( column1 datatype constraint, column2 datatype constraint, ... PRIMARY KEY (column1, ...) ); class="hljs-button signin active" data-title="登录复制" data-report-click="{"spm":"1001.2101.3001.4334"}">
- 使用
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