PostgreSQL进阶教程

PostgreSQL进阶教程

目录

1. 事务和并发控制
   • 事务
   • 事务隔离级别
   • 锁
2. 高级查询
   • 联合查询
   • 窗口函数
   • 子查询
   • CTE（公用表表达式）
3. 数据类型
   • 自定义数据类型
   • 数组
   • JSON
4. 高级索引
   • 部分索引
   • 表达式索引
   • GIN和GiST索引
5. 性能调优
   • 查询优化
   • 配置优化
6. 备份与恢复
   • 物理备份
   • 逻辑备份
7. 扩展与插件
   • PostGIS
   • pg_cron
8. 集群与高可用
   • Streaming Replication
   • Patroni

事务和并发控制

事务

事务是一个或多个SQL语句的组合，这些语句作为一个单元执行，要么全部成功要么全部失败。事务的使用方式如下：

BEGIN;
-- SQL 语句
COMMIT; -- 提交事务
-- 或者
ROLLBACK; -- 回滚事务

事务隔离级别

PostgreSQL支持四种事务隔离级别：

1. Read Uncommitted: 允许读取未提交的数据（脏读）。
2. Read Committed: 只读取已提交的数据，默认级别。
3. Repeatable Read: 在事务期间保持一致视图，不允许不可重复读。
4. Serializable: 最严格的隔离级别，完全防止脏读、不可重复读和幻读。

设置事务隔离级别：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

锁

PostgreSQL支持多种锁，以控制并发访问：

• 行级锁: 影响特定行（例如：SELECT FOR UPDATE）。
• 表级锁: 影响整个表（例如：LOCK TABLE）。

示例：

SELECT * FROM mytable WHERE id = 1 FOR UPDATE;

高级查询

联合查询

联合查询使用UNION操作符合并多个查询结果集：

SELECT name FROM employees
UNION
SELECT name FROM customers;

窗口函数

窗口函数在结果集中执行计算，并保留原始行：

SELECT name, salary, 
       RANK() OVER (PARTITION BY department ORDER BY salary DESC) 
FROM employees;

子查询

子查询是嵌套在另一个查询中的查询：

SELECT name FROM employees 
WHERE department_id IN (SELECT id FROM departments WHERE location = 'New York');

CTE（公用表表达式）

CTE是一种在查询中定义临时结果集的方式：

WITH DepartmentSalary AS (
    SELECT department, AVG(salary) AS avg_salary
    FROM employees
    GROUP BY department
)
SELECT * FROM DepartmentSalary WHERE avg_salary > 50000;

数据类型

自定义数据类型

PostgreSQL允许创建自定义数据类型：

CREATE TYPE mood AS ENUM ('happy', 'sad', 'neutral');

数组

PostgreSQL支持数组数据类型：

CREATE TABLE contacts (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    phone_numbers TEXT[]
);

INSERT INTO contacts (phone_numbers) VALUES ('{123-4567, 890-1234}');

JSON

PostgreSQL支持JSON数据类型，并提供多种JSON函数和操作符：

CREATE TABLE orders (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    order_info JSON
);

INSERT INTO orders (order_info) VALUES ('{"customer": "John", "items": ["book", "pen"]}');

查询JSON数据：

SELECT order_info->>'customer' AS customer FROM orders;

高级索引

部分索引

部分索引只索引满足特定条件的行：

CREATE INDEX idx_active_users ON users (email) WHERE active = TRUE;

表达式索引

表达式索引使用表达式创建索引：

CREATE INDEX idx_lower_email ON users (LOWER(email));

GIN和GiST索引

GIN和GiST索引用于复杂数据类型（如全文搜索和地理数据）：

CREATE INDEX idx_gin ON documents USING GIN (to_tsvector('english', content));

性能调优

查询优化

使用EXPLAIN分析查询执行计划：

EXPLAIN SELECT * FROM mytable WHERE id = 1;

配置优化

调整PostgreSQL配置文件（postgresql.conf）以优化性能：

• shared_buffers: 增加共享内存缓冲区大小。
• work_mem: 增加查询中使用的内存大小。
• maintenance_work_mem: 增加维护操作使用的内存大小。

备份与恢复

物理备份

使用pg_basebackup进行物理备份：

pg_basebackup -D /path/to/backup -Fp -Xs -P

逻辑备份

使用pg_dump进行逻辑备份：

pg_dump mydatabase > mydatabase_backup.sql

扩展与插件

PostGIS

PostGIS扩展为PostgreSQL添加地理空间数据支持：

CREATE EXTENSION postgis;

pg_cron

pg_cron扩展允许在PostgreSQL中调度作业：

CREATE EXTENSION pg_cron;

SELECT cron.schedule('nightly_backup', '0 3 * * *', 'pg_dump mydatabase > /path/to/backup.sql');

集群与高可用

Streaming Replication

设置流复制以实现主从复制：

-- 在主服务器上
wal_level = replica
max_wal_senders = 3
hot_standby = on

-- 在从服务器上
standby_mode = 'on'
primary_conninfo = 'host=master_host port=5432 user=replicator password=yourpassword'
restore_command = 'cp /path/to/wal_archive/%f %p'

Patroni

Patroni是一个自动化高可用解决方案：

# 安装Patroni
pip install patroni

# 配置Patroni
patroni /path/to/patroni.yml

以上是PostgreSQL的进阶教程，涵盖了事务和并发控制、高级查询、数据类型、高级索引、性能调优、备份与恢复、扩展与插件以及集群与高可用等内容。希望这些内容能帮助您更深入地理解和使用PostgreSQL。