PostgreSQL 18 是近年来最具里程碑意义的版本之一,对数据库内核、查询优化、开发体验与运维监控都进行了深度改进。对于寻求在云环境、分布式系统或高并发读写场景中提升性能与可用性的团队来说,理解 PostgreSQL 18 的关键特性并在实际场景中验证其收益是至关重要的。本文将逐项解读这些改进的本质、应用场景以及在升级或迁移时需要注意的细节。 性能方面的核心变革集中在异步 I/O 子系统。传统 PostgreSQL 长期采用同步 I/O 模型,这在许多云存储或高并发读密集型场景下成为瓶颈。PostgreSQL 18 引入了对异步 I/O 的系统级支持,兼容 Linux 的 io_uring,并提供跨平台的 worker 模式。
异步 I/O 能显著降低 I/O 等待时间、提高吞吐并减少读密集型工作负载的延迟。早期基准显示,在典型的读密集型场景下整体性能可能提升 2 到 3 倍,但实际增益取决于硬件、存储子系统以及查询模式。管理员应关注新配置项,如 io_method 与 io_workers,并通过新的监控视图 pg_aios 实时跟踪异步 I/O 活动,以便在生产环境中安全启用。 查询优化器的改进同样值得关注。B-tree 的 skip scan(跳跃扫描)支持,使得在多列复合索引中不指定最左列的查询也能更有效地利用索引。例如有索引 (region, category, date) 时,按 category 和 date 过滤的查询在以前可能无法使用该索引或需要额外代价,而 skip scan 能在不扫描整表的前提下跳过不相关的 region,从而显著减少 I/O 和索引回溯。
结合更智能的 OR/IN 处理、自动将复杂的 OR 转换为 ANY(array) 的执行策略以及改良的哈希连接算法,复杂查询在 PostgreSQL 18 中通常能得到更优的执行计划与更稳定的性能表现。 对于数据建模与开发者体验,虚拟生成列在 PostgreSQL 18 中成为默认行为,意味着计算列默认按需计算而非持久化存储。虚拟生成列在减少存储占用和加速写操作方面优势明显,适合那些无需频繁基于计算列进行索引的场景。如果需要快速查询或大规模频繁读取生成值,也可以显式声明 STORED 存储生成列。虚拟生成列简化了业务逻辑迁移,减少了触发器或应用端冗余计算,同时保持对复杂表达式的支持。 全局唯一且有时序性的 UUIDv7 在 Postgres 18 中原生支持,为分布式系统的主键设计提供了更适合 B-tree 索引的选择。
UUIDv7 将时间信息嵌入到 UUID 中,使生成的 ID 在索引插入时呈现一定的顺序性,从而减少 B-tree 的页面分裂、提升缓存命中率并降低写放大。通过函数 uuidv7() 可直接生成时间有序的唯一标识,并可用辅助函数提取时间戳信息。对于需要全局唯一且带时间维度的标识符(如分布式事件日志、跨服务唯一 ID)而言,UUIDv7 是对传统 UUIDv4 的重要补充。 RETURNING 子句也在 PostgreSQL 18 中得到增强,允许在单次 DML 操作中同时访问 OLD 与 NEW 值。这对需要记录变更历史、实现审计或在应用层减少额外查询的场景非常有用。通过扩展的 RETURNING,可以在 UPDATE/DELETE/INSERT 操作后一次性返回变更的前后值,简化了变更捕获与事件流生成的实现逻辑。
时间区间约束方面,WITHOUT OVERLAPS 的引入让防止时间段重叠变得语义化与易用。对于会议室预定、资源占用、日程管理这类需要防止时间冲突的应用场景,使用 PRIMARY KEY (room_id, booking_period WITHOUT OVERLAPS) 之类的声明能够在数据库层面直接保证约束一致性,减少应用端的竞态检测与复杂逻辑。 安全与认证方面,PostgreSQL 18 推出了对 OAuth 2.0 的认证支持,允许数据库集成现代身份管理与单点登录方案。这带来了在企业级部署中更灵活的用户管理路径,同时也需要谨慎配置 token 验证器与相应的信任链。MD5 密码认证进一步被标注为弃用,建议尽快迁移到更安全的 SCRAM-SHA-256,以降低密码泄露后的风险。TLS 配置在该版本中也得到细化,新增 ssl_tls13_ciphers 等参数可以让运维团队对 TLS 1.3 密码套件进行更细粒度的控制,满足合规与安全加固需求。
运维与升级体验方面,PostgreSQL 18 对 major 版本升级流程作了优化,重点在于减少升级后的重新统计需求与缩短停机时间。统计信息保留功能使得在升级后无需立即进行大规模的 ANALYZE 操作,从而加速切换过程。pg_upgrade 的改进包括并行化的 --jobs 标志和更快捷的目录交换逻辑(--swap),对大型部署尤其友好。默认启用的数据校验和在初始化时能帮助尽早发现存储层的潜在数据损坏,但考虑到性能或兼容性要求,管理员仍可以在 initdb 时通过 --no-data-checksums 明确禁用。 监控能力在 PostgreSQL 18 中大幅增强,提供了更细粒度的 I/O 与 WAL 统计。新视图 pg_stat_io 汇总了字节级别的读写统计,配合每个后端的 I/O 与 WAL 使用情况与 vacuum/analyze 定时信息,DBA 可以更准确地识别瓶颈来源与资源消耗模式。
EXPLAIN 的扩展允许默认显示 buffer 使用信息,并在 ANALYZE 模式下提供各计划节点的 CPU、WAL 与 I/O 统计,这对性能定位与查询调优极为有利。逻辑复制的冲突报告也变得更透明,相关信息会在 pg_stat_subscription_stats 中呈现,便于实时诊断复制延迟与写冲突情况。 模式与约束管理方面,NOT NULL 约束可以以 NOT VALID 的方式添加而无需一次性扫描全表,随后在流量低峰期分阶段验证。这一策略在生产环境中能显著降低维护窗口并避免对线上服务的冲击。同时,约束现在支持更丰富的标记选项,如 NOT ENFORCED 与 NO INHERIT,提供了更灵活的演进路径与子表继承行为控制。 协议层面的更新中,PostgreSQL 引入了 3.2 版的 wire protocol,这是自 2003 年以来的首次更新。
尽管 libpq 仍向后兼容并默认使用较旧的协议版本,但新版协议为未来的客户端功能扩展与性能优化铺平道路。psql 客户端也收获了实用改进,例如管道查询与预准备语句的语法更友好,提升开发者的交互体验与脚本自动化能力。 并行索引构建得到增强,尤其是 GIN 索引在 JSON 与全文检索场景下的构建速度显著提升。对于依赖 JSONB 的文档存储或全文检索的应用,较快的索引构建意味着更短的上线准备时间与更灵活的索引策略。此外,分区表的裁剪与联接优化也得到了增强,提高了对大数据量分区场景的查询性能与可扩展性。 在决定是否升级到 PostgreSQL 18 时,应综合考虑多方面因素。
首先评估当前工作负载的性质:如果系统以读密集型或混合 OLTP/OLAP 为主,异步 I/O 与查询优化的收益可能显著。其次进行兼容性测试,确认应用与 ORM、驱动对新的 wire protocol、认证方式与默认行为(如虚拟生成列)没有依赖性冲突。第三制定渐进式升级计划,优先在测试与预发布环境开启异步 I/O,收集 pg_aios、pg_stat_io 与 EXPLAIN 的指标,评估实际收益与潜在问题。对运维流程而言,利用 pg_upgrade 的并行化与 swap 功能能显著缩短版本切换时间,但仍需提前备份与回滚计划以防意外。 PostgreSQL 18 的这些改进不仅提升了单库性能,也为云原生部署与分布式系统提供了更强的基础能力。时间有序的 UUIDv7、虚拟生成列与更强的复制监控有助于简化分布式设计与事件驱动架构的实现。
异步 I/O 与更精细的监控则直接回答了云环境中 IOPS 波动与延迟问题,帮助团队在不更换数据库的前提下获得更好成本效益比。 最后,实际采用 PostgreSQL 18 时应结合具体业务场景制定测试矩阵,包括大表扫描、索引命中率、并发写入、逻辑复制与维护任务(vacuum/analyze)等维度的基准。通过逐步验证与指标驱动决策,可以在保障稳定性的前提下,充分利用 PostgreSQL 18 带来的架构性提升。对于希望在云平台上提前体验新版特性的团队,可在托管服务或容器化环境中进行试验性部署,但在正式将生产系统切换到新版本之前,务必完成兼容性、性能与安全性的全面验证。 PostgreSQL 18 代表了开源数据库在性能和可运营性上的重大跃进。无论是追求更高查询吞吐、需要时序性更好的唯一标识,还是希望在数据库层面实现更严密的时间约束与更透明的监控,PostgreSQL 18 都提供了强有力的工具和改进。
对数据库架构师、开发者与运营团队而言,理解这些特性并结合业务侧需求进行合理试点,将是利用新版本带来竞争优势的关键步骤。 。
