PostgreSQL

PostgreSQL
Тип	реляционная СУБД
Автор	Стоунбрейкер, Майкл
Разработчик	сообщество PostgreSQL
Написана на	Си
Операционная система	FreeBSD, OpenBSD, Linux, macOS, Solaris, Microsoft Windows и UNIX-подобные операционные системы
Первый выпуск	1996
Последняя версия	12.2 (13 февраля 2020 )
Лицензия	лицензия PostgreSQL[d]
Сайт	postgresql.org​ (англ.)
Медиафайлы на Викискладе

PostgreSQL (произносится «Пост-Грэс-Кью-Эл») — свободная объектно-реляционная система управления базами данных (СУБД).

Существует в реализациях для множества UNIX-подобных платформ, включая AIX, различные BSD-системы, HP-UX, IRIX, Linux, macOS, Solaris/OpenSolaris, Tru64, QNX, а также для Microsoft Windows.

Поддержка стандартов, возможности, особенности

PostgreSQL базируется на языке SQL и поддерживает многие из возможностей стандарта SQL:2011.

В PostgreSQL версии 12 есть следующие ограничения:

Максимальный размер базы данных	Нет ограничений
Максимальный размер таблицы	32 Тбайт
Максимальный размер поля	1 Гбайт
Максимум записей в таблице	Ограничено размерами таблицы
Максимум полей в записи	250—1600, в зависимости от типов полей
Максимум индексов в таблице	Нет ограничений

Сильными сторонами PostgreSQL считаются:

• высокопроизводительные и надёжные механизмы транзакций и репликации;
• расширяемая система встроенных языков программирования: в стандартной поставке поддерживаются PL/pgSQL, PL/Perl, PL/Python и PL/Tcl; дополнительно можно использовать PL/Java, PL/PHP, PL/Py, PL/R, PL/Ruby, PL/Scheme, PL/sh и PL/V8, а также имеется поддержка загрузки модулей расширения на языке C;
• наследование;
• возможность индексирования геометрических объектов и наличие базирующегося на ней расширения PostGIS;
• встроенная поддержка слабоструктурированных данных в формате JSON с возможностью их индексации;
• расширяемость (возможность создавать новые типы данных, типы индексов, языки программирования, модули расширения, подключать любые внешние источники данных).

История

PostgreSQL создана на основе некоммерческой СУБД Postgres, разработанной как open-source проект в Калифорнийском университете в Беркли. К разработке Postgres, начавшейся в 1986 году, имел непосредственное отношение Майкл Стоунбрейкер, руководитель более раннего проекта Ingres, на тот момент уже приобретённого компанией Computer Associates. Название расшифровывалось как «Post Ingres», и при создании Postgres были применены многие ранние наработки.

Стоунбрейкер и его студенты разрабатывали новую СУБД в течение восьми лет с 1986 по 1994 год. За этот период в синтаксис были введены процедуры, правила, пользовательские типы и другие компоненты. В 1995 году разработка снова разделилась: Стоунбрейкер использовал полученный опыт в создании коммерческой СУБД Illustra, продвигаемой его собственной одноимённой компанией (приобретённой впоследствии компанией Informix), а его студенты разработали новую версию Postgres — Postgres95, в которой язык запросов POSTQUEL — наследие Ingres — был заменен на SQL.

Разработка Postgres95 была выведена за пределы университета и передана команде энтузиастов. Новая СУБД получила имя, под которым она известна и развивается в текущий момент — PostgreSQL.

Основные возможности

Функции

Функции являются блоками кода, исполняемыми на сервере, а не на клиенте БД. Хотя они могут писаться на чистом SQL, реализация дополнительной логики, например, условных переходов и циклов, выходит за рамки SQL и требует использования некоторых языковых расширений. Функции могут писаться с использованием одного из следующих языков:

• Встроенный процедурный язык PL/pgSQL, во многом аналогичный языку PL/SQL, используемому в СУБД Oracle;
• Скриптовые языки — PL/Lua, PL/LOLCODE, PL/Perl, PL/PHP, PL/Python, PL/Ruby, PL/sh, PL/Tcl, PL/Scheme, PL/v8 (Javascript);
• Классические языки — C, C++, Java (через модуль PL/Java);
• Статистический язык R (через модуль PL/R).

PostgreSQL допускает использование функций, возвращающих набор записей, который далее можно использовать так же, как и результат выполнения обычного запроса.

Функции могут выполняться как с правами их создателя, так и с правами текущего пользователя.

Иногда функции отождествляются с хранимыми процедурами, однако между этими понятиями есть различие. С девятой версии возможно написание автономных блоков, которые позволяют выполнять код на процедурных языках без написания функций, непосредственно в клиенте.

Триггеры

Триггеры определяются как функции, инициируемые DML-операциями. Например, операция INSERT может запускать триггер, проверяющий добавленную запись на соответствия определённым условиям. При написании функций для триггеров могут использоваться различные языки программирования (см. выше).

Триггеры ассоциируются с таблицами. Множественные триггеры выполняются в алфавитном порядке.

Правила и представления

Механизм правил (англ. rules) представляет собой механизм создания пользовательских обработчиков не только DML-операций, но и операции выборки. Основное отличие от механизма триггеров заключается в том, что правила срабатывают на этапе разбора запроса, до выбора оптимального плана выполнения и самого процесса выполнения. Правила позволяют переопределять поведение системы при выполнении SQL-операции к таблице. Хорошим примером является реализация механизма представлений (англ. views): при создании представления создается правило, которое определяет, что вместо выполнения операции выборки к представлению система должна выполнять операцию выборки к базовой таблице/таблицам с учётом условий выборки, лежащих в основе определения представления. Для создания представлений, поддерживающих операции обновления, правила для операций вставки, изменения и удаления строк должны быть определены пользователем.

Индексы

В PostgreSQL имеется поддержка индексов следующих типов: B-дерево, хеш, GiST, GIN, BRIN, Bloom. При необходимости можно создавать новые типы индексов. Индексы в PostgreSQL обладают следующими свойствами:

• возможен просмотр индекса не только в прямом, но и в обратном порядке — создание отдельного индекса для работы конструкции ORDER BY ... DESC не нужно;
• возможно создание индекса над несколькими столбцами таблицы, в том числе над столбцами различных типов данных;
• индексы могут быть функциональными, то есть строиться не на базе набора значений некоего столбца/столбцов, а на базе набора значений функции от набора значений;
• индексы могут быть частичными, то есть строиться только по части таблицы (по некоторой её проекции); в некоторых случаях это помогает создавать намного более компактные индексы или достигать улучшения производительности за счёт использования разных типов индексов для разных (например, с точки зрения частоты обновления) частей таблицы;
• планировщик запросов может использовать несколько индексов одновременно для выполнения сложных запросов.

Многоверсионность (MVCC)

PostgreSQL поддерживает одновременную модификацию БД несколькими пользователями с помощью механизма Multiversion Concurrency Control (MVCC). Благодаря этому соблюдаются требования ACID и практически отпадает нужда в блокировках чтения.

Типы данных

PostgreSQL поддерживает большой набор встроенных типов данных:

• Численные типы
  • Целые
  • С фиксированной точкой
  • С плавающей точкой
  • Денежный тип (отличается специальным форматом вывода, а в остальном аналогичен числам с фиксированной точкой с двумя знаками после запятой)
• Символьные типы произвольной длины
• Двоичные типы (включая BLOB)
• Типы «дата/время» (полностью поддерживающие различные форматы, точность, форматы вывода, включая последние изменения в часовых поясах)
• Булев тип
• Перечисление
• Геометрические примитивы
• Сетевые типы
  • IP и IPv6-адреса
  • CIDR-формат
  • MAC-адрес
• UUID-идентификатор
• XML-данные
• Массивы
• JSON
• Идентификаторы объектов БД
• Псевдотипы

Более того, пользователь может самостоятельно создавать новые требуемые ему типы и программировать для них механизмы индексирования с помощью GiST.

Пользовательские объекты

PostgreSQL может быть расширен пользователем для собственных нужд практически в любом аспекте. Есть возможность добавлять собственные:

• Преобразования типов
• Типы данных
• Домены (пользовательские типы с изначально наложенными ограничениями)
• Функции (включая агрегатные)
• Индексы
• Операторы (включая переопределение уже существующих)
• Процедурные языки

Наследование и партицирование

Таблицы могут наследовать характеристики и наборы полей от других таблиц (родительских). При этом данные, добавленные в порождённую таблицу, автоматически будут участвовать (если это не указано отдельно) в запросах к родительской таблице.

В PostgreSQL 10 был добавлен механизм партицирования таблиц. Партицирование предназначено для разделения одной таблицы на несколько, так называемые партиции. Партицирование схоже с наследованием, но имеет более дружелюбный к пользователю синтаксис и более строгие ограничения, что позволяет выполнять дополнительные оптимизации при планировании запросов.

Прочие возможности

• Соблюдение принципов ACID
• Соответствие стандартам ANSI SQL-92, SQL-99, SQL:2003, SQL:2011
• Поддержка запросов с OUTER JOIN, UNION, UNION ALL, EXCEPT, INTERSECT и подзапросов
• Последовательности
• Контроль целостности
• Репликация
• Общие табличные выражения и рекурсивные запросы
• Аналитические функции
• Поддержка Юникода (UTF-8)
• Поддержка регулярных выражений в стиле Perl
• Встроенная поддержка SSL, SELinux и Kerberos
• Протокол разделяемых блокировок
• Подгружаемые расширения, поддерживающие SHA1, MD5, XML
• Расширения для написания сложных выборок, отчётов и т. д. (API открыт)
• Средства для генерации совместимого с другими системами SQL-кода и импорта из других систем
• Автономные блоки на доступных языках, а не только SQL

Качество исходного кода

Согласно результатам автоматизированного исследования различного ПО на предмет ошибок, проведённом в 2005 году, в исходном коде PostgreSQL было найдено 20 проблемных мест на 775 000 строк исходного кода (в среднем, одна ошибка на 39 000 строк кода). Для сравнения: MySQL — 97 проблем, одна ошибка на 8 000 строк кода; FreeBSD (целиком) — 306 проблем, одна ошибка на 2 500 строк кода; Linux (только ядро) — 950 проблем, одна ошибка на 800 строк кода.

Производные продукты

Лицензия PostgreSQL позволяет на его основе создавать различные, в том числе коммерческие, форки. Их известно несколько десятков.

На базе PostgreSQL компанией EnterpriseDB были разработаны другие варианты этой СУБД, являющиеся платными для коммерческого использования — Postgres Plus (состоит целиком только из продуктов с открытыми исходными кодами; плата требуется только при необходимости приобретения коммерческой поддержки продукта) и Postgres Plus Advanced Server (расширение PostgreSQL специальными возможностями для обеспечения совместимости с Oracle Database). В комплекте поставки данных продуктов содержится набор ПО для разработчиков и администраторов баз данных:

• Postgres Studio — аналог phpPgAdmin;
• Postgres Plus Debugger — отладчик для кода на PL/pgSQL, интегрированный с предыдущим пакетом;
• Migration Studio — инструмент для автоматического преобразования баз данных из MySQL/Oracle в PostgreSQL

Существуют и другие коммерческие продукты, созданные на базе PostgreSQL и дополняющие её различными функциями:

• 2ndQPostgres компании 2nd Quadrant
• Postgres Pro компании Postgres Professional
• Fujitsu Enterprise Postgres компании Fujitsu

Ссылки

• Евгений Балдин. PostgreSQL. Серия из шести статей, опубликованных в журнале Linux Format (2006—2007)
• Иван Панченко. PostgreSQL: вчера, сегодня, завтра (неопр.). Открытые системы. СУБД, № 03, 2015. Дата обращения: 16 марта 2016.
• Александр Алексеев. Серия статей о PostgreSQL. Примеры использования физической и логической репликации, полнотекстового и пространственного поиска, автоматического восстановления после сбоев, написания расширений.