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通义千问对postgresql wire协议的连接和执行SQL过程的解释

news 2025/9/21 11:07:29

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请说明postgresql wire协议的连接和执行SQL过程

ASSISTANT

PostgreSQL Wire Protocol（也称“前端-后端协议”或“FE/BE协议”）是客户端与PostgreSQL服务器通信的标准二进制协议。它定义了客户端如何连接、认证、发送查询、接收结果等全过程。协议支持两种模式：简单查询协议（Simple Query Protocol） 和 扩展查询协议（Extended Query Protocol）。下面我们将详细说明连接建立和SQL执行的全过程。

一、连接建立过程

1. TCP连接建立

客户端首先通过TCP连接到PostgreSQL服务器的监听端口（默认5432）。

2. 启动消息（StartupMessage）

客户端发送一个 StartupMessage（消息类型无类型字节，长度字段后紧跟协议版本和参数键值对），包含：

协议版本号（如 3.0 → 0x00030000）
连接参数：如 user, database, application_name, client_encoding 等

示例：

| 长度(4B) | 协议版本(4B) | "user\0postgres\0database\0mydb\0\0" |

注意：StartupMessage 是唯一没有消息类型字节的消息。

3. 服务端响应

服务器根据配置和StartupMessage内容，可能返回以下消息：

AuthenticationXXX（如 AuthenticationMD5Password, AuthenticationSASL 等）
ErrorResponse（连接失败）
BackendKeyData（会话密钥，用于取消查询）
ParameterStatus（服务器参数，如 client_encoding, DateStyle 等）
ReadyForQuery（表示可以接收查询了，状态字符：I-空闲，T-事务中，E-错误）

认证过程（以MD5为例）：

服务端发送 AuthenticationMD5Password + 4字节盐值。
客户端计算：MD5(MD5(password + username) + salt)，发送 PasswordMessage。
服务端验证，成功则发 AuthenticationOk。

4. 连接建立完成

当客户端收到 ReadyForQuery 消息后，连接正式建立，可以开始发送SQL命令。

二、SQL执行过程

PostgreSQL支持两种协议模式执行SQL：

A. 简单查询协议（Simple Query Protocol）

适用于一次性、无参数、不复用的SQL语句。

流程：

客户端 → 服务端： 发送 Query 消息
格式：'Q' + 长度 + SQL字符串 + '\0'

示例：
```
Q | len=19 | "SELECT 1 + 1;\0"
```
服务端响应：
- RowDescription：描述结果集列（列名、类型OID、格式等）
- DataRow：每一行数据（二进制或文本格式）
- CommandComplete：查询完成，包含命令标签（如 “SELECT 1”）
- ReadyForQuery：准备接收下一条命令
如果有错误，服务端发送 ErrorResponse，然后仍会发送 ReadyForQuery。

特点：

简单直接，适合交互式工具（如 psql）
不支持参数化查询
每次查询都完整解析、计划、执行
无预备语句支持

B. 扩展查询协议（Extended Query Protocol）

支持参数化查询、预备语句、查询计划复用，适合高性能应用（如 JDBC、Go pgx、Python psycopg2）。

主要消息类型：

消息类型	说明
Parse	解析SQL，生成预备语句（可命名或匿名）
Bind	绑定参数值到预备语句，生成“入口”（Portal）
Describe	获取预备语句或入口的元数据（如列信息）
Execute	执行入口
Sync	同步点，强制服务端返回所有结果直到 ReadyForQuery
Close	关闭预备语句或入口

典型流程（带参数查询）：

Parse

'P' + len + stmt_name + query + param_type_count + [param_type_oid...]

→ 服务端返回 ParseComplete（或 ErrorResponse）

Bind

'B' + len + portal_name + stmt_name + param_format_codes + [param_values...] + result_format_codes

→ 服务端返回 BindComplete

Describe（可选）
用于获取结果集结构（如列名、类型）：
```
'D' + len + 'P'（Portal）或'S'（Statement） + name
```
→ 服务端返回 RowDescription 或 NoData（如INSERT无结果）
Execute
```
'E' + len + portal_name + max_rows（0=无限制）
```
→ 服务端返回：
- DataRow（0或多个）
- CommandComplete
- （如有错误 → ErrorResponse）
Sync
```
'S' + len=4
```
→ 服务端必须返回 ReadyForQuery，保证协议同步
Close（可选）
清理资源：
```
'C' + len + 'S'或'P' + name
```

示例：执行 `SELECT * FROM users WHERE id = $1`

→ Parse(stmt="", query="SELECT * FROM users WHERE id = $1", types=[int4])
← ParseComplete→ Bind(portal="", stmt="", params=[123])
← BindComplete→ Describe(portal="")
← RowDescription(columns=[...])→ Execute(portal="", max_rows=0)
← DataRow(...)
← CommandComplete("SELECT 1")
← ReadyForQuery('I')

三、事务与错误处理

事务控制：通过SQL语句 BEGIN, COMMIT, ROLLBACK 控制，协议本身无事务消息。
错误处理：任何阶段出错，服务端发送 ErrorResponse，然后必须发送 ReadyForQuery。客户端可继续发送新命令。
取消查询：客户端可通过 CancelRequest 消息（独立TCP连接）中断正在执行的查询。

四、连接关闭

客户端发送 Terminate 消息（‘X’ + 4字节长度），服务端关闭连接。

五、协议版本与兼容性

当前主流版本：v3.0（自 PostgreSQL 7.4 起使用）
SSL支持：连接建立后可通过 SSLRequest 升级为加密连接
GSSPI/SASL：现代认证机制也通过协议协商支持

总结对比

特性	简单查询协议	扩展查询协议
参数化	❌ 不支持	✅ 支持
性能	较低（每次解析）	较高（可复用执行计划）
使用场景	psql、简单脚本	应用程序、驱动、ORM
消息复杂度	简单	复杂（多阶段）
结果集预知	执行后才知道	可提前Describe获取结构