Postgresql中null值和空字符串

NULL和空字符串不同数据库的表现

null和空字符串在不同的数据库中表现不一样，找了一张图，可以很清晰的对比了解。

首先null不是一个空字符串，也不是一个为零的值，上图，Oracle将NULL和空字符串都视为NULL。PostgreSQL将NULL视为NULL，将空字符串视为空字符串。与PostgreSQL类似，SQL Server也将NULL视为NULL，将空字符串视为空字符串。

Oracle需要一个字节来存储NULL。然而，PostgreSQL和SQL Server都不需要任何空间来存储NULL。

在Oracle中，存在唯一约束的列可以存储任意数量的NULL项和空字符串。
在SQL Server中，在一个列上存在唯一约束时，只允许插入一个NULL和一个空字符串。
在PostgreSQL中，允许插入多个类似于Oracle的NULL值。与SQL Server类似，PostgreSQL的列存在唯一约束时，只允许一个空字符串。

oracle和SQL Server不一一举例，pg中例子如下：

#pg中，列b虽然有唯一越苏，但可以插入多个null值
postgres=# create table tab(a bigint,b text, UNIQUE(b));
CREATE TABLE
postgres=# insert into tab values(1,null);
INSERT 0 1
postgres=# insert into tab values(1,null);
INSERT 0 1
#但是不能插入多个空字符串
postgres=# insert into tab values(2,'');
INSERT 0 1
postgres=# insert into tab values(2,'');
ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "tab_b_key"
DETAIL:  Key (b)=() already exists.

从PostgreSQL 15开始，我们可以使用NULLS NOT DISTINCT子句来防止null值被处理为DISTINCT。这可以防止我们在具有唯一约束的列中插入多个空值。

支持以下可选项：
NULLS NOT DISTINCT null也被认为是等同于null的, unique字段不能存多个null值;
NULLS DISTINCT 保持向后兼容, unique字段可以存储多个null值.

创建索引也支持该选项
CREATE UNIQUE INDEX unique_idx1 ON unique_tbl (i) NULLS DISTINCT;
CREATE UNIQUE INDEX unique_idx2 ON unique_tbl (i) NULLS NOT DISTINCT;

看一下例子：

#创建测试表，插入null值，可见只能插入一个，再插违反唯一约束
postgres=# CREATE TABLE tab(a text, b text, UNIQUE NULLS NOT DISTINCT(a));
CREATE TABLE
postgres=# insert into tab values (null);
INSERT 0 1
postgres=# insert into tab values (null);
ERROR:  duplicate key value violates unique constraint "tab_a_key"
DETAIL:  Key (a)=(null) already exists.

判断和NULL值冲突的例子

有以下一张表，我们要确保a和b的组合是唯一的，并遵守以下两个规则:

1. 如果b为NULL，那么a不能有重复的值插入
2. 如果b不为NULL,是其它的不同值，那么a可以插入重复的值

CREATE TABLE tab (
   a integer NOT NULL,
   b integer
);

-- 可插入
INSERT INTO tab VALUES (1, NULL);
-- 由于规则1，不能插入，因为b为NULL
INSERT INTO tab VALUES (1, 2);
-- 可以插入
INSERT INTO tab VALUES (5, 2);
-- 可以插入，遵守规则2
INSERT INTO tab VALUES (5, 3);
-- 不能插入，违反规则1
INSERT INTO tab VALUES (5, NULL);

如果我们在a和b上建一个NULLS NOT DISTINCT的约束，可以实现上述要求吗？

#创建唯一索引，插入数据测试，NULLS NOT DISTINCT不符合我们想要的效果
create unique index idx_tab_a_b on tab (a,b) NULLS NOT DISTINCT;
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (1, NULL);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (1, 2);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, 2);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, 3);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, NULL);
INSERT 0 1

使用Range Types实现目的

#Range Types几个实例，[]表示闭区间，包括边界，()表示开区间，不包括边界
SELECT '[2022-09-15 00:00:00,2022-09-16 00:00:00)'::tsrange;
 
                    tsrange                    
═══════════════════════════════════════════════
 ["2022-09-15 00:00:00","2022-09-16 00:00:00")
 
SELECT '[-10,10]'::int4range;
 
 int4range 
═══════════
 [-10,11)
 
SELECT '[0,)'::numrange;
 
 numrange 
══════════
 [0,)

使用排除约束替代唯一约束

# 排除约束是使用GiST索引实现的，而GiST索引又是b树索引的扩展，我们需要安装 btree_gist插件支持我们想要操作符
postgres=# CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS btree_gist;
CREATE EXTENSION
postgres=# truncate tab ;
TRUNCATE TABLE

#解释一下下面的排它约束，该约束表示不允许插入，a相等，b构建的整数范围相重叠的行，另外int4range(b, b, '[]')表示如果b不为NULL, int4range函数将构造一个只包含b的整数范围。如果b为NULL，则得到的范围在两端都是无界的。所以这正是我们测试所需要的
postgres=# ALTER TABLE tab ADD CONSTRAINT null_unique
EXCLUDE USING gist (
   a WITH =,
   int4range(b, b, '[]') WITH &&
);
ALTER TABLE
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (1, NULL);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (1, 2);
ERROR:  conflicting key value violates exclusion constraint "null_unique"
DETAIL:  Key (a, int4range(b, b, '[]'::text))=(1, [2,3)) conflicts with existing key (a, int4range(b, b, '[]'::text))=(1, (,)).
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, 2);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, 3);
INSERT 0 1
postgres=# INSERT INTO tab VALUES (5, NULL);
ERROR:  conflicting key value violates exclusion constraint "null_unique"
DETAIL:  Key (a, int4range(b, b, '[]'::text))=(5, (,)) conflicts with existing key (a, int4range(b, b, '[]'::text))=(5, [2,3)).

由上可见：

1. 在已知的情况下，不要使用NULL值表示任何含义，这将使得我们数据的操作更加复杂
2. 如果使用B树索引的唯一约束不行，可以考虑使用GiST索引中通用的排它约束
3. 范围数据类型的灵活使用

参考：
https://www.postgresql.org/docs/current/rangetypes.html
https://www.postgresql.org/docs/current/btree-gist.html
https://www.cybertec-postgresql.com/en/unique-constraint-null-conflicts-with-everything/
https://www.migops.com/blog/null-and-empty-string-in-oracle-vs-postgresql-vs-sql-server/