【PostgreSQL】PostgreSQL 教程

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PostgreSQL 教程

一、什么是数据库？
二、ORDBMS 术语
三、什么是 PostgreSQL？
四、为什么要使用 PostgreSQL？
五、PostgreSQL 特征
六、相关资源

PostgreSQL 开发者把它念作 post-gress-Q-L。

PostgreSQL：世界上最先进的开源关系数据库。

PostgreSQL 是一个免费的对象-关系数据库服务器(ORDBMS)，在灵活的BSD许可证下发行。

一、什么是数据库？

数据库（Database）是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。

每个数据库都有一个或多个不同的 API 用于创建，访问，管理，搜索和复制所保存的数据。

我们也可以将数据存储在文件中，但是在文件中读写数据速度相对较慢。

所以，现在我们使用关系型数据库管理系统（RDBMS）来存储和管理的大数据量。所谓的关系型数据库，是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。

ORDBMS（对象关系数据库系统）是面向对象技术与传统的关系数据库相结合的产物，查询处理是 ORDBMS 的重要组成部分，它的性能优劣将直接影响到DBMS 的性能。

ORDBMS在原来关系数据库的基础上，增加了一些新的特性。

RDBMS 是关系数据库管理系统，是建立实体之间的联系，最后得到的是关系表。

OODBMS 面向对象数据库管理系统，将所有实体都看成对象，并将这些对象类进行封装，对象之间的通信通过消息 OODBMS 对象关系数据库在实质上还是关系数据库。

二、ORDBMS 术语

在我们开始学习 PostgreSQL 数据库前，让我们先了解下 ORDBMS 的一些术语：

数据库: 数据库是一些关联表的集合。
数据表: 表是数据的矩阵。在一个数据库中的表看起来像一个简单的电子表格。
列: 一列(数据元素) 包含了相同的数据, 例如邮政编码的数据。
**行：**一行（=元组，或记录）是一组相关的数据，例如一条用户订阅的数据。
冗余：存储两倍数据，冗余降低了性能，但提高了数据的安全性。
主键：主键是唯一的。一个数据表中只能包含一个主键。你可以使用主键来查询数据。
**外键：**外键用于关联两个表。
复合键：复合键（组合键）将多个列作为一个索引键，一般用于复合索引。
**索引：**使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构。类似于书籍的目录。
参照完整性: 参照的完整性要求关系中不允许引用不存在的实体。与实体完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，目的是保证数据的一致性。

三、什么是 PostgreSQL？

PostgreSQL 是一个功能强大的开源对象关系数据库系统，它使用并扩展了 SQL 语言，并结合了许多功能，可以安全地存储和扩展最复杂的数据工作负载。PostgreSQL 的起源可以追溯到 1986 年，是加州大学伯克利分校 POSTGRES 项目的一部分，在核心平台上拥有超过 35 年的积极开发经验。

PostgreSQL 因其久经考验的架构、可靠性、数据完整性、强大的功能集、可扩展性以及软件背后的开源社区的奉献精神而赢得了良好的声誉，以始终如一地提供高性能和创新的解决方案。PostgreSQL 可在所有主要操作系统上运行，自 2001 年以来一直符合 ACID 标准，并具有强大的附加组件，例如流行的 PostGIS 地理空间数据库扩展器。PostgreSQL已成为许多人和组织的首选开源关系数据库也就不足为奇了。

开始使用 PostgreSQL 从未如此简单 - 选择您想要构建的项目，并让 PostgreSQL 安全可靠地存储您的数据。

四、为什么要使用 PostgreSQL？

PostgreSQL 具有许多功能，旨在帮助开发人员构建应用程序，帮助管理员保护数据完整性并构建容错环境，并帮助您管理数据，无论数据集有多大或多小。除了免费和开源之外，PostgreSQL 还具有高度可扩展性。例如，您可以定义自己的数据类型，构建自定义函数，甚至可以从不同的编程语言编写代码，而无需重新编译数据库！

PostgreSQL 试图符合 SQL 标准，其中这种一致性不会与传统功能相矛盾，也不会导致糟糕的架构决策。支持 SQL 标准所需的许多功能，但有时语法或功能略有不同。随着时间的流逝，可以预期会进一步朝着一致性的方向发展。自 2023 年 9 月版本 16 版本发布以来，PostgreSQL 至少符合 SQL：2023 Core 一致性的 179 个强制性功能中的 170 个。在撰写本文时，没有任何关系数据库完全符合此标准。

以下是 PostgreSQL 中各种功能的详尽列表，每个主要版本中都添加了更多功能：

数据类型
- 基元：整数、数值、字符串、布尔值
- 结构化：日期/时间、数组、范围/多范围、UUID
- 文档：JSON/JSONB、XML、键值（Hstore）
- 几何图形：点、线、圆、多边形
- 自定义：复合、自定义类型
数据完整性
- 唯一，非空
- 主键
- 外键
- 排除约束
- 显式锁、咨询锁
并发性、性能
- 索引：B 树、多列、表达式、部分
- 高级索引：GiST、SP-Gist、KNN Gist、GIN、BRIN、覆盖索引、Bloom 过滤器
- 先进的查询规划器/优化器、仅索引扫描、多列统计信息
- 事务、嵌套事务（通过保存点）
- 多版本并发控制（MVCC）
- 读取查询的并行化和构建 B 树索引
- 表分区
- SQL 标准中定义的所有事务隔离级别，包括 Serializable
- 表达式的实时（JIT）编译
可靠性、灾难恢复
- 预写日志记录（WAL）
- 复制：异步、同步、逻辑
- 时间点恢复（PITR）、活动备用
- 表空间
安全
- 身份验证：GSSAPI、SSPI、LDAP、SCRAM-SHA-256、证书等
- 强大的门禁系统
- 列级和行级安全性
- 使用证书和其他方法进行多因素身份验证
扩展
- 存储函数和过程
- 过程语言：PL/pgSQL、Perl、Python 和 Tcl。还有其他语言可以通过扩展获得，例如 Java、JavaScript （V8）、R、Lua 和 Rust
- SQL/JSON 构造函数和路径表达式
- 外部数据包装器：使用标准 SQL 接口连接到其他数据库或流
- 可自定义的表存储界面
- 许多提供附加功能的扩展，包括 PostGIS
国际化、文本搜索
- 支持国际字符集，例如通过 ICU 排序规则
- 不区分大小写和不区分重音的排序规则
- 全文搜索

您可以在 PostgreSQL 文档中发现更多功能。此外，PostgreSQL 具有高度可扩展性：许多功能（例如索引）都定义了 API，因此您可以使用 PostgreSQL 进行构建以解决您的挑战。

PostgreSQL已被证明具有高度的可扩展性，无论是在它可以管理的数据量上，还是在它可以容纳的并发用户数量上。生产环境中有管理数 TB 数据的活动 PostgreSQL 集群，以及管理 PB 级数据的专用系统。

五、PostgreSQL 特征

PostgreSQL 是一个功能强大的开源对象关系数据库系统，拥有超过 35 年的积极开发经验这为其在可靠性、功能稳健性和性能方面赢得了良好的声誉。

通过官方文档可以找到大量描述如何安装和使用 PostgreSQL 的信息。开源社区提供了许多熟悉 PostgreSQL 的有用场所，了解其工作原理，并寻找职业机会。了解更多信息如何与社区互动。

函数：通过函数，可以在数据库服务器端执行指令程序。
索引：用户可以自定义索引方法，或使用内置的 B 树，哈希表与 GiST 索引。
触发器：触发器是由SQL语句查询所触发的事件。如：一个INSERT语句可能触发一个检查数据完整性的触发器。触发器通常由INSERT或UPDATE语句触发。
多版本并发控制：PostgreSQL使用多版本并发控制（MVCC，Multiversion concurrency control）系统进行并发控制，该系统向每个用户提供了一个数据库的"快照"，用户在事务内所作的每个修改，对于其他的用户都不可见，直到该事务成功提交。
规则：规则（RULE）允许一个查询能被重写，通常用来实现对视图（VIEW）的操作，如插入（INSERT）、更新（UPDATE）、删除（DELETE）。
数据类型：包括文本、任意精度的数值数组、JSON 数据、枚举类型、XML 数据

等。
全文检索：通过 Tsearch2 或 OpenFTS，8.3版本中内嵌 Tsearch2。
NoSQL：JSON，JSONB，XML，HStore 原生支持，至 NoSQL 数据库的外部数据包装器。
数据仓库：能平滑迁移至同属 PostgreSQL 生态的 GreenPlum，DeepGreen，HAWK 等，使用 FDW 进行 ETL。