Ubuntu PostgreSQL索引使用指南

一、索引基础概念

索引是数据库中预构建的数据结构，用于加速数据检索。其核心作用是将全表扫描（Full Table Scan）转换为对数级或常数级搜索，显著提升查询性能，但会增加插入、更新、删除操作的开销（需同步维护索引）。PostgreSQL支持多种索引类型，需根据查询场景选择。

二、常见索引类型及适用场景

1. B-tree（默认索引）

原理：平衡多路搜索树，高度平衡，查找、插入、删除时间复杂度均为O(log n)。
适用场景：
- 等值查询（=、IN）；
- 范围查询（<、BETWEEN、LIKE ‘abc%’）；
- 排序加速（ORDER BY）；
- 唯一约束（UNIQUE）、主键、外键。

示例：

-- 单列B-tree索引
CREATE INDEX idx_users_name ON users(last_name);
-- 复合B-tree索引（等值列在前，范围列在后）
CREATE INDEX idx_orders_user_date ON orders(user_id, order_date DESC);

2. Hash索引

原理：基于哈希表，将键值映射到桶中，查找平均时间复杂度O(1)。
适用场景：纯等值查询（=），且对性能要求极高的场合。
局限：不支持范围查询、排序；仅能用于单列且列类型可哈希；早期版本易膨胀（PG10起改进，但仍较少使用）。

示例：

CREATE INDEX idx_orders_order_no_hash ON orders USING HASH(order_no);

3. GIN（广义倒排索引）

原理：倒排索引，将每个值映射到一组行ID（TIDs），支持一对多、多对多映射。
适用场景：
- 全文检索（tsvector/tsquery）；
- 数组（int[]、text[]）元素查找；
- JSONB（查键、值、路径）；
- hstore、pg_trgm（模糊匹配）。

示例：

-- 全文检索索引
CREATE INDEX idx_docs_content_gin ON documents USING gin(to_tsvector('english', content));
-- JSONB索引
CREATE INDEX idx_orders_data_gin ON orders USING gin(data jsonb_path_ops);

4. GiST（广义搜索树）

原理：可定制的平衡树框架，支持空间、范围、模糊匹配等查询。
适用场景：
- 空间数据（geometry/geography，需PostGIS扩展）；
- 范围类型（int4range、tsrange）的重叠/包含查询；
- pg_trgm三元组模糊匹配（LIKE ‘%pattern%’）。

示例：

-- 空间数据索引（PostGIS）
CREATE INDEX idx_places_geom_gist ON places USING gist(geom);
-- 模糊匹配索引
CREATE INDEX idx_users_name_trgm ON users USING gist(last_name gist_trgm_ops);

5. BRIN（块范围索引）

原理：记录数据块的最小-最大值，占用空间极小，适合顺序数据。
适用场景：大表（如时间序列、日志），且查询为范围扫描（如按时间过滤）。
优势：比B-tree节省90%以上存储空间，性能差异小于15%。

示例：

-- 时间序列索引
CREATE INDEX idx_sensor_data_time ON sensor_data USING brin(timestamp) WITH (pages_per_range = 32);

三、索引创建与管理

1. 创建索引

单列索引：针对单个列创建，适用于高频查询的列。
```
CREATE INDEX idx_users_email ON users(email);
```
复合索引：针对多个列创建，适用于多条件查询（列顺序需优化：高选择性列在前，等值列优先于范围列）。
```
CREATE INDEX idx_orders_user_status ON orders(user_id, status) INCLUDE (total_amount); -- INCLUDE避免回表
```
唯一索引：确保列值唯一，可用于主键或唯一约束。
```
CREATE UNIQUE INDEX idx_users_username ON users(username);
```
在线建索引（CONCURRENTLY）：避免锁表，适合生产环境。
```
CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_users_phone ON users(phone);
```

2. 查看索引

使用\di+命令（psql）查看表的索引详情：
```
\di+ users
```

或查询系统表：

SELECT * FROM pg_stat_user_indexes WHERE relname = 'users';

3. 删除索引

删除不再需要的索引，节省空间并减少维护成本：
```
DROP INDEX IF EXISTS idx_users_old_email;
```

4. 重建索引

当索引碎片化（如频繁更新导致）时，重建索引以恢复性能：

REINDEX INDEX idx_users_name; -- 重建单个索引
REINDEX TABLE users; -- 重建表的所有索引

四、索引优化技巧

1. 合理选择列顺序

复合索引中，高选择性列（如user_id）应放在前面，等值查询列优先于范围查询列（如status=1 AND created_at>=‘2023-01-01’）。

2. 使用INCLUDE列避免回表

将查询中需要返回的非索引列包含在索引中，避免访问表数据：

CREATE INDEX idx_orders_user_status ON orders(user_id, status) INCLUDE (total_amount);
-- 查询时无需回表
SELECT user_id, status, total_amount FROM orders WHERE user_id = 1001 AND status = 'paid';

3. 定期维护索引

分析索引：更新统计信息，帮助查询规划器选择最优执行计划：
```
ANALYZE users;
```
监控索引使用情况：通过pg_stat_user_indexes查看索引扫描次数，删除未使用的索引：
```
SELECT * FROM pg_stat_user_indexes WHERE idx_scan = 0;
```

4. 避免过度索引

每个索引都会增加写入开销（INSERT/UPDATE/DELETE），需根据查询模式权衡：高频查询的列建索引，低频查询的列不建。

5. 使用EXPLAIN分析查询

通过EXPLAIN ANALYZE查看查询是否使用了索引，识别性能瓶颈：
```
EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM users WHERE username = 'john_doe';
```
若输出中包含Index Scan，则表示使用了索引；若为Seq Scan，则需优化索引或查询。

五、注意事项

索引不是越多越好：过多索引会增加写入开销，降低数据库性能。
生产环境使用CONCURRENTLY：避免建索引时锁表，影响业务。
定期维护索引：尤其是大表，需定期重建或分析，防止碎片化。
结合业务场景选择索引类型：如全文检索用GIN，时间序列用BRIN，空间数据用GiST。

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