PostgreSQL 18 深度解读：AIO 子系统、uuidv7、虚拟生成列与升级工程

导语

PostgreSQL 18 于 2025-09-25 正式发布（官方文档“18.0 Release Notes”）。本次迭代既有“硬核内核增强”（异步 I/O 子系统、锁与哈希操作优化、VACUUM 改进），也有“开发体验增强”（uuidv7()、虚拟生成列默认启用、RETURNING 对 OLD/NEW 的支持、时态约束），以及“运维升级便利性”（pg_upgrade 保留优化器统计、initdb 默认开启数据校验和、OAuth 认证支持）。本文围绕四个维度展开：性能机制、开发者特性、迁移与治理、生产落地清单。

性能机制：AIO 子系统与算子级优化

1. AIO（Asynchronous I/O）子系统

• 能力：允许后端批量排队读请求，从而显著提升顺序扫描、位图堆扫描与 VACUUM 的效率。
• 开关与参数：io_method 启用方式；io_combine_limit、io_max_combine_limit 控制合并阈值；新增系统视图 pg_aios 观察 AIO 句柄状态。
• 实操建议：
  • 评估 IOPS/吞吐型介质的差异，分环境压测选择合适的 combine 阈值；
  • 与 effective_io_concurrency / maintenance_io_concurrency（默认已提升至 16）联动调优；
  • VACUUM 作业分时段（低峰）+ AIO 合理阈值 = 降低抖动。

2. 锁/哈希/聚合优化

• 多关系查询的锁性能提升；哈希连接与 GROUP BY 的内存占用与性能改善；哈希集合操作（EXCEPT 等）与子计划哈希查找也受益。
• 价值：面向中高并发 OLTP 与混合负载场景，降低“热点查询 + 元数据锁”叠加导致的尾延迟。

3. VACUUM 演进

• 普通 VACUUM 现在可在“all-visible”页面上进行部分冻结，减少后续全表冻结的成本；vacuum_truncate 细化文件截断控制，vacuum_max_eager_freeze_failure_rate 管理积极度。
• 建议：将冻结策略纳入容量规划与备份窗口，避免“全局冻结风暴”。

开发者特性：把“可维护性”纳入语言表层

1. uuidv7() 内置函数

• 语义：时间有序的 UUID，有利于避免 B-Tree 层面的“随机写放大”，提升写入与范围查询的物理局部性。
• 落地：替代部分使用 uuidv4 的场景，尤其是高写入 + 主键索引密集的表；观察自增序列与分布式唯一性策略的协同关系。

2. 虚拟生成列（Virtual Generated Columns）成为默认

• 语义：在读取时计算值，而非写入时存储，适合衍生列、轻量转换、低频读场景，降低存储开销。
• 治理：避免在热路径上堆叠复杂表达式；约束其数据类型与函数副作用，确保可预测的读时成本。

3. RETURNING 对 OLD / NEW 的支持

• 作用：在 INSERT/UPDATE/DELETE/MERGE 的 RETURNING 子句中引用 OLD/NEW，简化审计、日志与补偿逻辑。
• 价值：减少二次 SELECT，统一“写 + 读回”模式，利于 ORMs/存储过程的表达能力。

4. 时态约束（Temporal Constraints）

• 语义：允许在 PRIMARY/UNIQUE/FOREIGN KEY 约束上表达“时间范围”的约束逻辑。
• 价值：支持“有效期/历史表”建模，减少触发器与应用层校验复杂度。

迁移与治理：升级要“有温度”

1. pg_upgrade：保留优化器统计

• 意义：避免升级后因统计信息为空导致的“性能冷启动”。
• 路线：仍建议预演（影子集群 + 回放），并在灰度阶段实时观察计划差异与慢查询分布。

2. initdb 默认启用数据校验和

• 变更：默认开启；--no-data-checksums 可在需要与旧集群（无校验和）对齐时使用。
• 建议：将校验和监控纳入日常巡检，异常块与备份/恢复策略要有 SOP。

3. OAuth 认证支持

• 场景：与现代身份基础设施（IdP、机器身份）对齐，减少口令面风险。
• 建议：在零信任架构中，将 DB 访问纳入统一的工作负载身份治理（短期证书/令牌、最小权限、分段网络）。

4. 兼容性：MD5 密码弃用预告

• 风险：未来大版本将移除 MD5 密码；当前设置 MD5 会告警（可通过配置关闭告警，不建议）。
• 建议：尽快迁移至 SCRAM 或与 OAuth 配套的身份方式。

生产落地清单（按优先级）

• 性能与容量

  • 基准：在预发对 AIO 开关 + 阈值做压测；记录 TPC-C/TPC-H 或自有基准指标差异。
  • 查询：对“多表/多锁”与“哈希聚合”重压场景进行回归；确认内存与临时文件峰值。

• 架构与可用性

  • 复制/备份：验证逻辑复制/物理复制在 18 的一致性与延迟；备份/恢复通过率与 RTO/RPO 对标。
  • 灰度：双写或影子读策略，把可能的计划震荡置于可回退范围内。

• 安全与身份

  • 身份：梳理 DB 账户 → 统一到 IdP/OAuth 或 SCRAM；清退 MD5。
  • 审计：借助 RETURNING + 逻辑解耦，完善写入审计与数据血缘。

• 开发与建模

  • 主键策略：评估 uuidv7() 替代 uuidv4 的收益，避免热点/随机写放大。
  • 衍生列：将低频计算迁往虚拟生成列，压缩存储体积，清理不必要的物化字段。
  • 时态约束：重构历史/版本化表结构，把“时间有效性”下沉到数据库约束层。

结语

PostgreSQL 18 的关键词是“性能工程 + 治理工程”：AIO 拉升 I/O 吞吐、算子级优化降低尾延迟，配合对升级、认证与约束语义的系统化补齐，让“安全上线 + 平滑演进”成为常态。建议采用“预演压测 → 灰度发布 → 观测回滚”的标配流程，分阶段引入新能力，把风险与收益纳入同一张工程账。

参考

• 官方文档：PostgreSQL 18.0 Release Notes（2025-09-25）