PostgreSQL 18 标志着这款成熟数据库在底层架构、性能优化和开发者体验上的一次重要跃迁。与以往版本相比,本次大版本不仅引入了基础设施层面的异步 I/O 支持和 OAuth 2.0 身份认证,还在索引使用策略、查询规划器与可观测性工具上做出大量细致改进。对于数据库工程师、架构师和希望平滑升级生产环境的团队而言,理解这些改动的实际影响、兼容性细节和优化机会至关重要。本文将从核心特性、性能改进、运维与升级策略、可观测性增强与开发者便捷功能等维度,深入解读 PostgreSQL 18 的亮点与注意事项,并给出实际迁移与调优建议。 PostgreSQL 18 最大的底层变化之一是引入了异步 I/O(Asynchronous IO)框架。传统上 PostgreSQL 多依赖同步系统调用(如 read 和 write),并让操作系统层面的缓存和调度去掩盖 I/O 延迟。
异步 I/O 带来的两个直接好处在于能够更早并发发起 I/O 请求,从而减少等待时间,以及支持 Direct I/O,使数据在存储与 Postgres 缓冲池之间以更低 CPU 占用通过 DMA 完成复制。对于使用高并发存储介质或网络存储(例如 NVMe-over-Fabric)环境的部署,异步 I/O 可以显著降低延迟并提升吞吐。 需要注意的是,异步 I/O 框架在 18 版本中被引入为基础设施,尚未在所有执行路径全面替换同步 I/O。不同扫描方法的受益程度不同:顺序扫描通常能看到明显加速(有场景报告出现 2-3 倍提升),位图扫描在并发 I/O 工作线程设定较低时可能出现回归,而索引扫描的收益有限。因此在评估是否升级并开启相关配置前,应在与生产相似的环境上进行压力测试,尤其关注顺序扫描密集、后台维护任务(如 VACUUM)频繁的工作负载。 与安全与认证相关的改进则是对 OAuth 2.0 的原生支持。
长期以来,数据库连接凭证多采用长期密码或密钥,这给密码轮转和统一认证带来挑战。PostgreSQL 18 原生支持 OAuth,使交互式登录与应用基于令牌的连接成为可能,从而更容易与企业 SSO 或身份提供商集成。该能力对于加强数据库访问安全、减少长期凭证暴露,以及在多租户或云原生环境中实现更细粒度的访问控制具有重要意义。需要关注的是生态系统中驱动、连接池组件与代理是否已支持新的协议细节与 libpq 的新默认协议版本,以避免兼容性问题。 在开发者体验层面,PostgreSQL 18 带来多项日常编码和架构设计上的便利。UUIDv7 的本地支持是其中最受瞩目的变化之一。
相比 UUIDv4 的随机性导致索引局部性较差和压缩效果不佳,UUIDv7 在前端嵌入时间戳并保持较强单调性,显著改善索引插入局部性,适合用于主键或分布式 ID 场景。Postgres 的实现还在子毫秒级别加入计数器,增强同一 backend 内生成 UUID 的单调性与抗时钟回拨能力。开发者可以直接在 SQL 中生成带有自定义时间偏移的 UUIDv7,并通过内置函数提取嵌入的时间戳用于排序或审计。 RETURNING 子句的增强在日常编程中也极大简化了常见工作流。现在 RETURNING 可以显式引用 OLD 和 NEW 别名,从 UPDATE 或 INSERT ... ON CONFLICT 等语句中直接获取变更前后的值,减少触发器或额外查询的需要。该改进在同步逻辑、审计记录或在事务内需要同时获取修改前后数据的场景中能显著降低复杂性与代码量。
生成列(generated columns)迎来重要调整,VIRTUAL 成为默认类型。VIRTUAL 生成列按需在读取时计算,类似于视图,而 STORED 则在写入时计算并持久化结果。默认采用 VIRTUAL 是为了与其他数据库产品行为一致并减少写入开销,不过也带来兼容性考量:从旧版本恢复的模式如果原本是 STORED,在升级或迁移后默认被认为是 VIRTUAL,可能影响写入性能和存储占用。且虚拟列在行内部以 null 占位存储,这意味着并非完全零成本的存储优化点。逻辑复制也增加了对生成列的支持,解决了 CDC 场景中无法获取派生列值的问题,为 Debezium 等工具带来便利。 面向时间序列或历史数据管理的能力也得到增强。
PostgreSQL 18 对时态数据库支持更进一步,允许在主键或唯一约束中使用 WITHOUT OVERLAPS 子句,并支持 PERIOD 关键字在外键引用中用于时间段的包含检查。这些语法扩展方便实现"同一业务键的有效期不可重叠"规则,并简化复杂的时间段一致性约束,对于账务、预订或事件有效期管理等场景尤为有用。 围绕表结构变更与迁移操作的改进同样值得关注。NOT NULL 约束现在可以以 NOT VALID 方式添加,从而避免在表已存在空值时立即全表扫描验证。操作流程可以先添加 NOT VALID 约束以阻止未来写入空值,随后异步回填数据并验证约束而不阻塞读写。分区表的外键也支持 NOT VALID,并可逐分区验证,极大降低大表变更时的锁争用与停机窗口。
此外,pg_upgrade 在新版中提供更快的升级速度以及并行任务框架,并能将旧版的统计信息迁移到新版,从而在升级后避免因统计信息缺失导致的执行计划退化。 性能方面的多个优化集中在索引使用和查询规划器改进。B-tree 索引的 skip scan 特性允许在复合索引的非左前缀列上也能利用索引跳跃性地定位数据,尤其当被跳过前缀列基数较低时效果显著。这对经常在 WHERE 中指定中间或末尾列的查询有显著帮助,但在设计复合索引时仍然建议根据列基数与查询模式调整列顺序以获得最佳效果。查询规划器新增的自连接消除、基于 UNIQUE 索引检测冗余 GROUP BY 列、多列 DISTINCT 的重排序,以及将 x IN (VALUES ...) 转换为 x = ANY(...) 等改写,都会在不同场景下减少排序、聚合和连接开销,从而提升查询执行效率。 字符串处理与排序相关的改进也不容忽视。
PostgreSQL 18 引入 casefold() 函数用于更健壮的无大小写匹配,尤其在处理具有多个大小写形式或多字符大小写映射的 Unicode 字符时表现更可靠。lower() 与 upper() 的实现也经过重构以提升执行速度和减少内存占用,对于大量文本处理和排序的应用能带来小而稳定的性能提升。 索引构建方面,GiST 在处理范围类型时引入了"sorted build"路径:当输入已排序时,可以更快且更紧凑地构建索引。结合新的 sortsupport,可在需大量范围索引构建或重建的场景下减少 IO 与时间成本。数组操作工具增加了 array_reverse() 与 array_sort(),JSON 操作函数 json_strip_nulls() 加入参数以支持在数组中移除 null 元素,这些都是实用的语义便利性增强,对写查询与数据清理脚本更友好。 可观测性与日志能力也显著加强。
EXPLAIN ANALYZE 默认包含 BUFFERS,帮助开发者更直观地看到额外的 I/O 读取是否导致性能波动。EXPLAIN 输出中对物化节点的内存和磁盘使用、新增的索引搜索计数以及被禁用节点数量等信息均提供了更细粒度的诊断数据。pg_stat_statements 现在能为 CREATE TABLE AS 与 DECLARE CURSOR 等语句生成内部查询 ID,使这些内部查询出现在统计视图中,便于长期分析与热点识别。 新的 per-process 统计基础设施带来了针对单后端的 I/O 统计查询函数 pg_stat_get_backend_io(),可以在运行时更精确地观察单个连接的 I/O 行为。此外,可以在日志中记录连接建立的各阶段耗时(包括 fork、认证等),开启 setup_durations 将在日志中输出这些细分时间,有助于排查连接延迟、认证瓶颈或进程创建问题。锁获取失败时的日志也能更详细地报告持有或等待锁的进程信息(通过 log_lock_failure 配置开启),对于并发调优与死锁诊断很有帮助。
在升级与迁移实践上,有几点建议。首先在非生产环境中验证异步 I/O 在你的工作负载下的实际效果,关注顺序扫描、位图扫描与索引扫描的表现差异,以及后台任务如 VACUUM 的资源使用变化。其次在启用 OAuth 前确认连接池、代理与驱动的兼容性与认证流支持,规划好令牌轮换策略与权限最小化实践。第三,在采用 UUIDv7、虚拟生成列或索引 skip scan 等特性前评估历史数据迁移成本与查询模式调整,必要时可以在短期内采用混合策略或分阶段迁移。 PostgreSQL 18 是一次兼顾底层系统效率与上层开发体验的更新。异步 I/O 打开了数据库在高并发存储设备上进一步提升的可能,OAuth 与更丰富的认证选项改善了安全实践,UUIDv7 与 RETURNING 的增强降低了开发复杂度,多个查询规划器与索引优化在特定场景下能带来显著性能收益。
对于希望在生产环境中平滑升级的团队,建议结合负载测试、回退计划与统计信息迁移策略逐步推进。理解这些特性如何与自身数据库模式与查询行为互动,将是充分发挥 PostgreSQL 18 潜力的关键。 总体而言,PostgreSQL 18 并非单一的"大杀器"式更新,而是通过大量细小但互补的改进推动整体平台成熟度提升。无论是面向开发者的生产键策略优化、运维侧的在线模式变更能力,还是可观测性与诊断工具的增强,18 版本都为构建更安全、更高效、更易维护的数据库系统提供了丰富工具。未来在社区与生态系统逐步适配这些新能力后,Postgres 在云原生和高并发场景中的竞争力有望进一步加强。 。
