Схемы и шаблоны в СУБД PostgreSQL

В этой статье поговорим про схемы и шаблоны в базах данных PostgreSQL. Для понимания, иерархия следующая: СУБД -> Базы данных -> Схемы -> Таблицы (и другие объекты).
Tags:

Базы данных и шаблоны

Когда мы создаём новые кластер командой initdb у нас создается 3 одинаковые базы данных:

  • postgres
  • template0
  • template1
postgres@s-pg13:~$ psql
Timing is on.
psql (13.3)
Type "help" for help.

postgres@postgres=# \l
                                  List of databases
   Name    |  Owner   | Encoding |   Collate   |    Ctype    |   Access privileges
-----------+----------+----------+-------------+-------------+-----------------------
 postgres  | postgres | UTF8     | ru_RU.UTF-8 | ru_RU.UTF-8 |
 template0 | postgres | UTF8     | ru_RU.UTF-8 | ru_RU.UTF-8 | =c/postgres          +
           |          |          |             |             | postgres=CTc/postgres
 template1 | postgres | UTF8     | ru_RU.UTF-8 | ru_RU.UTF-8 | =c/postgres          +
           |          |          |             |             | postgres=CTc/postgres
(3 rows)

База postgres используется, чтобы по умолчанию к ней подключаться. Принципиально она не нужна, но есть приложения которым она может понадобится, поэтому лучше её не удалять.

Две дополнительные базы template0 и template1 — это шаблоны. Новая база всегда создается путём копирования из другой шаблонной базы. По умолчанию для шаблона используется база template1. Поэтому, если у вас есть расширения, которыми вы пользуетесь, можете их заранее создать в template1.

Основная задача базы template0 заключается в том, что бы она никогда не менялась. Она используется, например при загрузке базы из дампа. Вначале вы создаёте базу из template0, а затем туда заливаете сохранённый дамп. Также база template0 позволяет создавать базы с использованием категорий локалей не по умолчанию (LC_COLLATE, LC_CTYPE).

Схемы

Схема — это пространство имён для объектов внутри базы данных.

Суть работы схемы можно представить так: мы все складываем не все в одну большую кучу, а по небольшим отдельным кучкам. Например, как в файловой системе, всё кладем не в один каталог, а раскладываем по подкаталогам.

Вот пример работы со схемами! В одну схему поместим объекты для модуля «логистика», а в другую для модуля «финансы» и так далее.

В базе данных может быть несколько схем. По умолчанию существует две глобальные схемы. Глобальные они потому-что не принадлежат какой-то определённой базе данных:

  • pg_catalog — служебная схема (её ещё называют системный каталог), присутствует во всех базах данных, например там находится представление pg_tables;
  • public — общая схема, присутствует во всех базах данных и по умолчанию все объекты создаются в ней.

Также вы можете создать свои дополнительные схемы.

Путь поиска

Так называемое «Квалифицированное имя» состоит из явно указанной схемы и имени объекта (как абсолютный путь в файловой системе). Например: <схема.имя>.

Если мы не указываем схему, то нужно понять, в какой схеме искать или создавать объект. Определяют схему с помощью пути поиска, который задается параметром search_path.

В параметре search_path можно через запятую перечислить схемы, в которых нужно искать объект, если мы не указываем схему явно. search_path это что-то вроде переменной окружения PATH в Linux, для поиска команд.

Из search_path исключаются:

  • несуществующие схемы;
  • схемы к которым нет доступа.

А некоторые схемы всегда добавляются в search_path, даже если мы их туда не запишем. Например pg_catalog.

Реальное значение search_path показывает функция current_schemas().

postgres@postgres=# SELECT current_schemas(true);
   current_schemas
---------------------
 {pg_catalog,public}
(1 row)
Time: 1,945 ms

При создании нового объекта, он будет помещаться в первую указанную в search_path схему. Если посмотреть пример выше, то так как у нас нет права писать в схему pg_catalog, объекты будут создаваться в public.

Специальные схемы, временные объекты

К специальным схемам относят:

  • public — по умолчанию входит в путь поиска, если ничего не менять, все объекты будут в этой схеме.
  • Схема, одноимённая с пользователем — по умолчанию входит в search_path, но не существует. Если сделать, например схему postgres, то пользователь postgres будет по умолчанию работать с этой схемой.
  • pg_catalog — схема для объектов системного каталога. Если pg_catalog не прописан, то это схема будет там подразумеваться первой.

Временные таблицы — существуют на время сеанса или транзакции. Они не журналируются и не попадают в общую память. Чтобы реализовать временную таблицу в postgres применяет временные схемы.

Схема pg_temp_N — автоматически создается для временных таблиц. Такая схема тоже по умолчанию находится в search_path. По окончанию все объекты временной схемы удаляются, а сама схема остается. Оставшаяся временная схема может использоваться для новых временных таблиц, новой транзакции или сеанса.

Практика

Список баз

Как мы уже видели с помощью команды \l, у нас действительно 3 базы. Сейчас мы подключены к базе postgres. Тут мы можем обратиться к представлению pg_database и посмотреть на список баз из этого представления:

postgres@postgres=# SELECT datname, datistemplate, datallowconn, datconnlimit FROM pg_database;
  datname  | datistemplate | datallowconn | datconnlimit
-----------+---------------+--------------+--------------
 postgres  | f             | t            |           -1
 template1 | t             | t            |           -1
 template0 | t             | f            |           -1
(3 rows)
Time: 0,875 ms

Здесь мы видим:

  • datname — имя базы данных;
  • datistemplate — является ли база данных шаблоном;
  • datallowconn — разрешены ли соединения с базой данных;
  • datconnlimit — максимальное количество соединений (-1 = без ограничений).

Настройка шаблона template1

Проверим, доступна ли нам функция шифрования в этой базе, если не доступна, то создадим необходимое расширение и повторим проверку:

postgres@postgres=# \c template1
You are now connected to database "template1" as user "postgres".

postgres@template1=# SELECT digest('Hello, world!', 'md5');
ERROR:  function digest(unknown, unknown) does not exist
LINE 1: SELECT digest('Hello, world!', 'md5');
               ^
HINT:  No function matches the given name and argument types. You might need to add explicit type casts.
Time: 2,081 ms

postgres@template1=# CREATE EXTENSION pgcrypto;
CREATE EXTENSION
Time: 24,470 ms

postgres@template1=# SELECT digest('Hello, world!', 'md5');
               digest
------------------------------------
 \x6cd3556deb0da54bca060b4c39479839
(1 row)
Time: 0,419 ms

Теперь создадим новую базу данных и так как она была создана из шаблона template1, то и расширение pgcrypto здесь уже установлено:

postgres@postgres=# \c postgres
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".

postgres@postgres=# CREATE DATABASE db;
CREATE DATABASE
Time: 103,788 ms

postgres@postgres=# \c db
You are now connected to database "db" as user "postgres".

postgres@db=# SELECT digest('Hello, world!', 'md5');
               digest
------------------------------------
 \x6cd3556deb0da54bca060b4c39479839
(1 row)
Time: 0,868 ms

Выше мы вначале отключились от базы template1, так как использовать шаблон можно только, если к нему никто не подключен!

Редактирование базы

Теперь переименуем созданную базу данных (ALTER DATABASE … RENAME TO …), предварительно отключившись от неё:

postgres@db=# \c postgres
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".

postgres@postgres=# ALTER DATABASE db RENAME TO appdb;
ALTER DATABASE
Time: 1,164 ms

postgres@postgres=# SELECT datname, datistemplate, datallowconn, datconnlimit FROM pg_database;
  datname  | datistemplate | datallowconn | datconnlimit
-----------+---------------+--------------+--------------
 postgres  | f             | t            |           -1
 template1 | t             | t            |           -1
 template0 | t             | f            |           -1
 appdb     | f             | t            |           -1
(4 rows)
Time: 0,434 ms

С помощью ALTER DATABASE можно менять и другие параметры, например число доступных подключений:

postgres@postgres=# ALTER DATABASE appdb CONNECTION LIMIT 10;
ALTER DATABASE
Time: 0,456 ms

postgres@postgres=# SELECT datname, datistemplate, datallowconn, datconnlimit FROM pg_database;
  datname  | datistemplate | datallowconn | datconnlimit
-----------+---------------+--------------+--------------
 postgres  | f             | t            |           -1
 template1 | t             | t            |           -1
 template0 | t             | f            |           -1
 appdb     | f             | t            |           10
(4 rows)
Time: 0,202 ms

Смотрим размер базы данных

Размер базы данных можно считать с помощью функции pg_database_size(). Для перевода из байтов в более удобочитаемые единицы, можно использовать функцию pg_size_pretty():

postgres@postgres=# SELECT pg_database_size('appdb');
 pg_database_size
------------------
          7787055
(1 row)
Time: 1,750 ms

postgres@postgres=# SELECT pg_size_pretty(pg_database_size('appdb'));
 pg_size_pretty
----------------
 7605 kB
(1 row)
Time: 1,247 ms

Вот мы и узнали размер пустой базы!

Работа со схемами

Список схем можно узнать с помощью команды \dn:

postgres@postgres=# \dn
  List of schemas
  Name  |  Owner
--------+----------
 public | postgres
(1 row)

Это не все схемы, здесь исключены служебные схемы!

Создадим новую схему, предварительно подключившись к нашей базе:

postgres@postgres=# \c appdb
You are now connected to database "appdb" as user "postgres".

postgres@appdb=# CREATE SCHEMA app;
CREATE SCHEMA
Time: 0,927 ms

postgres@appdb=# \dn
  List of schemas
  Name  |  Owner
--------+----------
 app    | postgres
 public | postgres
(2 rows)

На путь поиска схем можно посмотреть с помощью search_path:

postgres@appdb=# SHOW search_path;
   search_path
-----------------
 "$user", public
(1 row)
Time: 0,248 ms

Это означает, что при создании таблицы, она попытается попасть в схему "$user" (postgres), но раз такой схемы нет, то попадет в схему public. При обращении к таблице она будет искаться в начале в $user, а затем в public!

Дополнительно можем посмотреть текущие схемы, в этой базе данных с помощью функции current_schemas():

postgres@appdb=# SELECT current_schemas(true);
   current_schemas
---------------------
 {pg_catalog,public}
(1 row)
Time: 0,343 ms

Здесь мы видим служебную схему pg_catalog, но к ней нет доступа. Поэтому судя по пути поиска и по текущим схемам, можем сказать что по умолчанию таблицы будут создаваться в схеме public.

Теперь создадим таблицу t, в ней создадим строку и с помощью команды \dt посмотрим в какой схеме оказалась эта таблица:

postgres@appdb=# CREATE TABLE t(s text);
CREATE TABLE
Time: 4,398 ms

postgres@appdb=# INSERT INTO t VALUES ('Я - таблица t');
INSERT 0 1
Time: 1,172 ms

postgres@appdb=# \dt
        List of relations
 Schema | Name | Type  |  Owner
--------+------+-------+----------
 public | t    | table | postgres
(1 row)

Таблицы можно перемещать между схемами с помощью ALTER TABLE ... SET SCHEMA .... Если схемы нет в пути поиска, то к таблицам в этой схеме нужно обращаться по полному пути:

postgres@appdb=# ALTER TABLE t SET SCHEMA app;
ALTER TABLE
Time: 0,916 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM app.t;
       s
---------------
 Я - таблица t
(1 row)
Time: 0,372 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM t;
ERROR:  relation "t" does not exist
LINE 1: SELECT * FROM t;
                      ^
Time: 0,226 ms

Выше мы видим, что не указав полный путь мы получили ошибку!

Установить путь поиска можно так:

postgres@appdb=# SET search_path = public, app;
SET
Time: 0,203 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM t;
       s
---------------
 Я - таблица t
(1 row)
Time: 0,205 ms

Но это установит путь только для текущего сеанса!

Установить этот параметр для базы, а не для сеанса можно с помощью ALTER DATABASE ... SET search_path = ...:

appdb=# ALTER DATABASE appdb SET search_path = public, app;
ALTER DATABASE

Выше команда означает, что при подключении к базе appdb будет выполняться команда SET search_path = public, app.

Теперь создадим временную таблицу с таким-же именем t и посмотрим что из этого выйдет:

postgres@appdb=# CREATE TEMP TABLE t(s text);
CREATE TABLE
Time: 1,908 ms

postgres@appdb=# \dt
          List of relations
  Schema   | Name | Type  |  Owner
-----------+------+-------+----------
 pg_temp_3 | t    | table | postgres
(1 row)

Мы видим только временную таблицу, а первую созданную таблицу уже не видим в списке баз!

Посмотрим на текущий путь поиска с помощью функции current_schemas (). А затем вставим строку во временную таблицу и прочитаем её. И далее прочитаем строки из обычной таблицы используя полный путь:

postgres@appdb=# SELECT current_schemas(true);
          current_schemas
-----------------------------------
 {pg_temp_3,pg_catalog,public,app}
(1 row)
Time: 0,202 ms

postgres@appdb=# INSERT INTO t VALUES ('Я - временная таблица');
INSERT 0 1
Time: 0,608 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM app.t;
       s
---------------
 Я - таблица t
(1 row)
Time: 0,191 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM pg_temp.t;
           s
-----------------------
 Я - временная таблица
(1 row)
Time: 0,203 ms

При выходе из сеанса все объекты во временной схеме уничтожаются:

postgres@appdb=# \c appdb
You are now connected to database "appdb" as user "postgres".

postgres@appdb=# SELECT current_schemas(true);
     current_schemas
-------------------------
 {pg_catalog,public,app}
(1 row)
Time: 0,373 ms

postgres@appdb=# SELECT * FROM t;
       s
---------------
 Я - таблица t
(1 row)
Time: 0,359 ms

Удаление схемы и базы

Схему нельзя удалить, если в ней есть какие-нибудь объекты. А для удаления схемы вместе с объектами нужно использовать опцию CASCADE:

postgres@appdb=# DROP SCHEMA app;
ERROR:  cannot drop schema app because other objects depend on it
DETAIL:  table t depends on schema app
HINT:  Use DROP ... CASCADE to drop the dependent objects too.
Time: 0,612 ms

postgres@appdb=# DROP SCHEMA app CASCADE;
NOTICE:  drop cascades to table t
DROP SCHEMA
Time: 1,175 ms

Базу данных можно удалить, если к ней нет активных подключений:

postgres@appdb=# \c postgres
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".

postgres@postgres=# DROP DATABASE appdb;
DROP DATABASE
Time: 14,367 ms

Если понравилась статья, подпишись на мой канал в VK или Telegram.