Чем PostgreSQL лучше других SQL баз данных с открытым исходным кодом. Часть 1

Сегодня давайте поговорим о преимуществах Postgres перед другими системами с открытым кодом. Эту тему мы обязательно раскроем более подробно на PG Day'16 Russia, до которой осталось всего два месяца.

Возможно, вы спрашиваете себя: «Почему PostgreSQL?» Ведь есть и другие варианты реляционных баз данных с открытым исходным кодом (в рамках этой статьи мы рассматривали MySQL, MariaDB и Firebird), так что же Постгрес может предложить такого, чего нет у них? В слогане PostgreSQL заявляется, что это «Самая продвинутая база данных с открытым исходным кодом в мире». Мы приведем несколько причин, почему Постгрес делает такие заявления.

В первой части этой серии мы поговорим о хранении данных — модели, структуре, типах и ограничениях размера. А во второй части больше сфокусируемся на выборке и манипуляциях с данными.

Модель данных

PostgreSQL не просто реляционная, а объектно-реляционная СУБД. Это даёт ему некоторые преимущества над другими SQL базами данных с открытым исходным кодом, такими как MySQL, MariaDB и Firebird.

Фундаментальная характеристика объектно-реляционной базы данных — это поддержка пользовательских объектов и их поведения, включая типы данных, функции, операции, домены и индексы. Это делает Постгрес невероятно гибким и надежным. Среди прочего, он умеет создавать, хранить и извлекать сложные структуры данных. В некоторых примерах ниже вы увидите вложенные и составные конструкции, которые не поддерживаются стандартными РСУБД.

Структуры и типы данных

Существует обширный список типов данных, которые поддерживает Постгрес. Кроме числовых, с плавающей точкой, текстовых, булевых и других ожидаемых типов данных (а также множества их вариаций), PostgreSQL может похвастаться поддержкой uuid, денежного, перечисляемого, геометрического, бинарного типов, сетевых адресов, битовых строк, текстового поиска, xml, json, массивов, композитных типов и диапазонов, а также некоторых внутренних типов для идентификации объектов и местоположения логов. Справедливости ради стоит сказать, что MySQL, MariaDB и Firebird тоже имеют некоторые из этих типов данных, но только Постгрес поддерживает их все.

Давайте рассмотрим подробнее некоторые из них:

Сетевые адреса

PostgreSQL обеспечивает хранение разных типов сетевых адресов. Тип данных CIDR (бесклассовая маршрутизация интернет домена, Classless Internet Domain Routing) следует соглашению для сетевых адресов IPv4 и IPv6. Вот несколько примеров:

• 192.168.100.128/25
• 10.1.2.3/32
• 2001:4f8:3:ba:2e0:81ff:fe22:d1f1/128
• ::ffff:1.2.3.0/128

Также для хранения сетевых адресов доступен тип данных INET, используемый для IPv4 и IPv6 хостов, где подсети являются необязательными. Тип данных MACADDR может использоваться для хранения MAC-адресов для идентификации оборудования, таких как 08-00-2b-01-02-03.

У MySQL и MariaDB тоже есть INET функции для конвертации сетевых адресов, но они не предоставляют типы данных для внутреннего хранения сетевых адресов. У Firebird тоже нет типов для хранения сетевых адресов.

Многомерные массивы

Поскольку Постгрес — это объектно-реляционная база данных, массивы значений могут храниться для большинства существующих типов данных. Сделать это можно путём добавления квадратных скобок к спецификации типа данных для столбца или с помощью выражения ARRAY. Размер массива может быть задан, но это необязательно. Давайте рассмотрим меню праздничного пикника для демонстрации использования массивов:

-- создаем таблицу, у которой значения являются массивами
CREATE TABLE holiday_picnic (  
     holiday varchar(50) -- строковое значение
     sandwich text[], -- массив
     side text[] [], -- многомерный массив
     dessert text ARRAY, -- массив
     beverage text ARRAY[4] -- массив из 4-х элементов
);

 -- вставляем значения массивов в таблицу
INSERT INTO holiday_picnic VALUES  
     ('Labor Day',
     '{"roast beef","veggie","turkey"}',
     '{
        {"potato salad","green salad","macaroni salad"},
        {"chips","crackers"}
     }',
     '{"fruit cocktail","berry pie","ice cream"}',
     '{"soda","juice","beer","water"}'
     );

MySQL, MariaDB, и Firebird так не умеют. Чтобы хранить такие массивы значений в традиционных реляционных базах данных, придется использовать обходной путь и создавать отдельную таблицу со строками для каждого из значений массива.

Геометрические данные

Геоданные быстро становятся основным требованием для многих приложений. PostgreSQL уже давно поддерживает множество геометрических типов данных, таких как точки, линии, круги и многоугольники. Один из этих типов – PATH, он состоит из множества последовательно расположенных точек и может быть открытым (начальная и конечная точки не связаны) или закрытым (начальная и конечная точки связаны). Давайте рассмотрим в качестве примера туристическую тропу. В данном случае туристическая тропа — это петля, поэтому начальная и конечная точки связаны, и, значит, мой путь является закрытым. Круглые скобки вокруг набора координат указывают на закрытый путь, а квадратные — на открытый.

 -- создаем таблицу для хранения троп
CREATE TABLE trails (  
     trail_name varchar(250),
     trail_path path
);

 -- вставляем тропу в таблицу,
 -- для которой маршрут определяется координатами в формате широта-долгота
INSERT INTO trails VALUES  
     ('Dool Trail - Creeping Forest Trail Loop',
     ((37.172,-122.22261666667),
     (37.171616666667,-122.22385),
     (37.1735,-122.2236),
     (37.175416666667,-122.223),
     (37.1758,-122.22378333333),
     (37.179466666667,-122.22866666667),
     (37.18395,-122.22675),
     (37.180783333333,-122.22466666667),
     (37.176116666667,-122.2222),
     (37.1753,-122.22293333333),
     (37.173116666667,-122.22281666667)));

Расширение PostGIS для PostgreSQL дополняет существующие свойства геометрических данных вспомогательными пространственными типами, функциями, операторами и индексами. Оно обеспечивает поддержку местоположения и поддерживает как растровые, так и векторные данные. Оно также обеспечивает совместимость с множеством сторонних геопространственных инструментов (защищённых авторским правом и с открытым исходным кодом) для отображения, отрисовки и работы с данными.

Заметьте, что в MySQL 5.7.8 и в MariaDB, начиная с версии 5.3.3, были добавлены расширения типов данных для поддержки стандарта географической информации OpenGIS. Эта версия MySQL и последующие версии MariaDB предлагают хранение типов данных, аналогичное штатным геоданным Постгреса. Тем не менее, в MySQL и MariaDB значения данных сначала должны быть сконвертированы в геометрический формат простыми командами перед тем, как будут вставлены в таблицу. Firebird на данный момент не поддерживает геометрические типы данных.

Поддержка JSON

Поддержка JSON в PostgreSQL позволяет вам перейти к хранению schema-less данных в SQL базе данных. Это может быть полезно, когда структура данных требует определённой гибкости: например, если в процессе разработки структура всё ещё меняется или неизвестно, какие поля будет содержать объект данных.

Тип данных JSON обеспечивает проверку корректности JSON, который позволяет использовать специализированные JSON операторы и функции, встроенные в Постгрес для выполнения запросов и манипулирования данными. Также доступен тип JSONB — двоичная разновидность формата JSON, у которой пробелы удаляются, сортировка объектов не сохраняется, вместо этого они хранятся наиболее оптимальным образом, и сохраняется только последнее значение для ключей-дубликатов. JSONB обычно является предпочтительным форматом, поскольку требует меньше места для объектов, может быть проиндексирован и обрабатывается быстрее, так как не требует повторного синтаксического анализа.

В MySQL 5.7.8 и MariaDB 10.0.1 была добавлена поддержка встроенных объектов JSON. Но, хотя существует множество функций и операторов для JSON, которые теперь доступны в этих базах данных, они не индексируются так, как JSONB в PostgreSQL. Firebird пока что не присоединился к тренду и поддерживает объекты JSON только в виде текста.

Создание нового типа

Если вдруг так случится, что обширного списка типов данных Постгреса вам окажется недостаточно, вы можете использовать команду CREATE TYPE, чтобы создать новые типы данных, такие как составной, перечисляемый, диапазон и базовый. Рассмотрим пример создания и отправки запросов нового составного типа:

 -- создаем новый составной тип "wine"
CREATE TYPE wine AS (  
     wine_vineyard varchar(50),
     wine_type varchar(50),
     wine_year int
);

 -- создаем таблицу, которая использует составной тип "wine"
CREATE TABLE pairings (  
     menu_entree varchar(50),
     wine_pairing wine
);

 -- вставляем данные в таблицу при помощи выражения ROW
INSERT INTO pairings VALUES  
     ('Lobster Tail',ROW('Stag''s Leap','Chardonnay', 2012)),
     ('Elk Medallions',ROW('Rombauer','Cabernet Sauvignon',2012));

 /*
   выборка из таблицы с использованием имени колонки
   (используйте скобки, отделяемые точкой от имени поля 
   в составном типе)
 */
SELECT (wine_pairing).wine_vineyard, (wine_pairing).wine_type  
FROM pairings  
WHERE menu_entree = 'Elk Medallions';  

Поскольку они не являются объектно-реляционными, MySQL, MariaDB и Firebird не предоставляют такую мощную функциональность.

Размеры данных

PostgreSQL может обрабатывать много данных. Текущие опубликованные ограничения перечислены ниже:

В Compose [прим. пер.: организация, в которой трудится автор оригинальной статьи] мы автоматически масштабируем вашу инсталляцию, чтобы вам не приходилось волноваться о росте количества данных. Но, как известно любому администратору баз данных, стоит с опаской относиться к слишком большим и неограниченным возможностям. Мы советуем руководствоваться здравым смыслом при создании таблиц и добавлении индексов.

Для сравнения, MySQL и MariaDB печально известны ограничением размера строк в 65,535 байт. Firebird также предлагает всего лишь 64Кб в качестве максимального размера строки. Обычно объём данных ограничивается максимальным размером файлов операционной системы. Поскольку PostgreSQL умеет хранить табличные данные в множестве файлов меньшего размера, он может обойти это ограничение. Но стоит отметить, что слишком большое количество файлов может негативно сказаться на производительности. MySQL и MariaDB поддерживают большее количество столбцов в таблице (до 4,096 в зависимости от типа данных) и большие индивидуальные размеры таблицы, чем PostgreSQL, но необходимость превысить существующие ограничения Постгреса возникает лишь в крайне редких случаях.

Целостность данных

Постгрес стремится соответствовать стандарту ANSI-SQL:2008, отвечает требованиям ACID (атомарность, согласованность, изолированность и надежность) и известен своей ссылочной и транзакционной целостностью. Первичные ключи, ограничивающие и каскадные внешние ключи, уникальные ограничения, ограничения NOT NULL, проверочные ограничения и другие функции обеспечения целостности данных дают уверенность, что только корректные данные будут сохранены.

MySQL и MariaDB больше работают на то, чтобы соответствовать стандарту SQL с движками таблиц InnoDB/XtraDB. Теперь они предлагают опцию STRICT с использованием режимов SQL, которая устанавливает проверки корректности используемых данных. Несмотря на это, в зависимости от того, какой режим вы используете, недостоверные и даже урезанные без вашего ведома данные могут быть вставлены или созданы при обновлении. Ни одна из этих баз данных сейчас не поддерживает CHECK ограничения. Кроме того, у них существует множество осоебнностей в отношении ограничений ссылочной целостности по внешним ключам. В дополнение к вышесказанному, целостность данных может существенно пострадать в зависимости от выбранного движка хранения. MySQL (и fork MariaDB) не делают секрета из того, что променяли целостность и соответствие стандартам на скорость и эффективность.

Подводя итоги

У Постгреса множество возможностей. Созданный с использованием объектно-реляционной модели, он поддерживает сложные структуры и широкий спектр встроенных и определяемых пользователем типов данных. Он обеспечивает расширенную ёмкость данных и заслужил доверие бережным отношением к целостности данных. Возможно, вам не понадобятся все те продвинутые функции хранения данных, которые мы исследовали в этой статье, но, поскольку потребности могут быстро возрасти, есть несомненное преимущество в том, чтобы иметь всё это под рукой.

Если вам кажется, что PostgreSQL не соответствует вашим потребностям, или вы предпочитаете “стрелять от бедра”, тогда вам стоит обратить внимание на NoSQL базы данных, которые мы предлагаем в Compose, или подумать о других SQL базах данных, которые мы упоминали. У каждой из них есть свои преимущества. Compose твёрдо уверен, что очень важно выбрать правильную базу данных для конкретной задачи… иногда это означает, что нужно выбрать несколько баз данных!

Хотите больше Постгреса? Во второй части этой серии мы рассмотрим манипуляции с данными и поиск в PostgreSQL, включая функции виртуальных таблиц, возможности запросов, индексирование и расширения языка.

Автор: rdruzyagin

Источник