PostgreSQL为何对timestamp字段不执行仅索引扫描？

我有如下分区表：

Table "public.partitioned_11"
     Column     |            Type             | Collation | Nullable |           Default                                                        
----------------+-----------------------------+-----------+----------+----------------------------
 id             | integer                     |           | not null |
 integer_value  | integer                     |           |          |
 invalidated_at | timestamp without time zone |           |          | 
 datetime_value | timestamp without time zone |           |          | 
Partition of: partitioned FOR VALUES IN (11)

以及两个部分索引：

"idx1" btree (datetime_value) INCLUDE (integer_value) WHERE partitioned_by = 11 AND invalidated_at IS NULL
"idx2" btree (id) INCLUDE (integer_value) WHERE partitioned_by = 11 AND invalidated_at IS NULL

当通过id筛选integer_value时，查询执行符合预期的Index Only Scan：

explain select integer_value from partitioned where partitioned_by = 11 and invalidated_at is null and id = 1;
                                            QUERY PLAN                                             
--------------------------------------------------------------------------------------------------
 Index Only Scan using idx2 on partitioned_11 partitioned  (cost=0.43..8.50 rows=4 width=4)
   Index Cond: (id = 1)

但通过datetime_value（timestamp类型）执行相同查询时，PostgreSQL未选择仅索引扫描：

explain select integer_value from partitioned where partitioned_by = 11 and invalidated_at is null and datetime_value = '2020-01-01';
                                                                QUERY PLAN                                                                 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Bitmap Heap Scan on partitioned_11 partitioned  (cost=5.68..618.81 rows=161 width=4)
   Recheck Cond: ((datetime_value = '2020-01-01 00:00:00'::timestamp without time zone) AND (partitioned_by = 11) AND (invalidated_at IS NULL))
   ->  Bitmap Index Scan on idx1  (cost=0.00..5.64 rows=161 width=0)
         Index Cond: (datetime_value = '2020-01-01 00:00:00'::timestamp without time zone)

执行set enable_bitmapscan = false;后，查询才会执行仅索引扫描。我想了解：

• 该现象的原因是什么？
• 是否存在位图索引扫描优于仅索引扫描的场景？
• 这是否与timestamp数据类型本身有关？

1. 现象原因 #

PostgreSQL查询优化器完全基于成本估算选择执行计划：

• 针对id=1的查询，优化器估算仅返回4行，此时Index Only Scan成本更低——直接从索引中获取所需数据，无需回表，少量行的情况下逐行遍历索引的开销远低于位图构建+堆扫描的组合。
• 针对datetime_value='2020-01-01'的查询，优化器估算返回161行，此时它认为位图扫描的成本更优：位图索引扫描先批量定位符合条件的行位置，再按物理顺序批量访问堆表，相比逐行执行Index Only Scan（即便无需回表），批量IO的效率在行数较多时更高，优化器的成本模型判定这种方式总成本更低。

需要说明的是，idx1已经包含了查询所需的所有列，理论上完全支持Index Only Scan，最终没被选中纯粹是成本估算的结果。

2. 位图索引扫描优于仅索引扫描的场景 #

存在以下典型场景：

• 返回行数较多时：当查询命中大量行，位图扫描可将索引中找到的行位置合并去重，再按物理顺序批量访问堆表，大幅减少随机IO次数。而Index Only Scan即便无需回表，大量行的逐行遍历开销（加上可能的可见性检查）会高于位图扫描的批量处理。
• 多索引联合查询时：比如同时用两个不同索引的筛选条件，位图扫描可将两个索引的结果位图做逻辑运算（AND/OR），再统一访问堆表，这种方式比单独用某个索引做Index Only Scan或全表扫描效率高得多。

3. 与timestamp数据类型无关 #

该现象和timestamp类型没有直接关联，核心差异在于两个查询的返回行数估算：id是低基数列（估算返回4行），而datetime_value单个值命中的行数较多（估算返回161行）。哪怕把datetime_value换成integer类型，只要优化器估算返回行数足够多，同样会优先选择位图扫描而非Index Only Scan。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Karel Jílek