优点:存取速度快
缺点:数据不能永久保存
优点:数据永久保存
缺点:1)速度比内存操作慢,频繁的IO操作。2)查询数据不方便
1)数据永久保存
2)使用SQL语句,查询方便效率高。
3)管理数据方便
结构化查询语言(Structured Query Language)简称SQL,是一种数据库查询语言。
作用:用于存取数据、查询、更新和管理关系数据库系统。
MySQL是一个关系型数据库管理系统,由瑞典MySQL AB 公司开发,属于 Oracle 旗下产品。MySQL 是最流行的关系型数据库管理系统之一,在 WEB 应用方面,MySQL是最好的 RDBMS (Relational Database Management System,关系数据库管理系统) 应用软件之一。在Java企业级开发中非常常用,因为 MySQL 是开源免费的,并且方便扩展。
第一范式:每个列都不可以再拆分。
第二范式:在第一范式的基础上,非主键列完全依赖于主键,而不能是依赖于主键的一部分。
第三范式:在第二范式的基础上,非主键列只依赖于主键,不依赖于其他非主键。
在设计数据库结构的时候,要尽量遵守三范式,如果不遵守,必须有足够的理由。比如性能。事实上我们经常会为了性能而妥协数据库的设计。
MySQL服务器通过权限表来控制用户对数据库的访问,权限表存放在mysql数据库里,由mysql_install_db脚本初始化。这些权限表分别user,db,table_priv,columns_priv和host。下面分别介绍一下这些表的结构和内容:
有三种格式,statement,row和mixed。
此外,新版的MySQL中对row级别也做了一些优化,当表结构发生变化的时候,会记录语句而不是逐行记录。
分类 | 类型名称 | 说明 |
---|---|---|
整数类型 | tinyInt | 很小的整数(8位二进制) |
smallint | 小的整数(16位二进制) | |
mediumint | 中等大小的整数(24位二进制) | |
int(integer) | 普通大小的整数(32位二进制) | |
小数类型 | float | 单精度浮点数 |
double | 双精度浮点数 | |
decimal(m,d) | 压缩严格的定点数 | |
日期类型 | year | YYYY 1901~2155 |
time | HH:MM:SS -838:59:59~838:59:59 | |
date | YYYY-MM-DD 1000-01-01~9999-12-3 | |
datetime | YYYY-MM-DD HH:MM:SS 1000-01-01 00:00:00~ 9999-12-31 23:59:59 | |
timestamp | YYYY-MM-DD HH:MM:SS 19700101 00:00:01 UTC~2038-01-19 03:14:07UTC | |
文本、二进制类型 | CHAR(M) | M为0~255之间的整数 |
VARCHAR(M) | M为0~65535之间的整数 | |
TINYBLOB | 允许长度0~255字节 | |
BLOB | 允许长度0~65535字节 | |
MEDIUMBLOB | 允许长度0~167772150字节 | |
LONGBLOB | 允许长度0~4294967295字节 | |
TINYTEXT | 允许长度0~255字节 | |
TEXT | 允许长度0~65535字节 | |
MEDIUMTEXT | 允许长度0~167772150字节 | |
LONGTEXT | 允许长度0~4294967295字节 | |
VARBINARY(M) | 允许长度0~M个字节的变长字节字符串 | |
BINARY(M) | 允许长度0~M个字节的定长字节字符串 |
存储引擎Storage engine:MySQL中的数据、索引以及其他对象是如何存储的,是一套文件系统的实现。
常用的存储引擎有以下:
2. MyISAM与InnoDB区别
MyISAM | Innodb | |
---|---|---|
存储结构 | 每张表被存放在三个文件:frm-表格定义、MYD(MYData)-数据文件、MYI(MYIndex)-索引文件 | 所有的表都保存在同一个数据文件中(也可能是多个文件,或者是独立的表空间文件),InnoDB表的大小只受限于操作系统文件的大小,一般为2GB |
存储空间 | MyISAM可被压缩,存储空间较小 | InnoDB的表需要更多的内存和存储,它会在主内存中建立其专用的缓冲池用于高速缓冲数据和索引 |
可移植性、备份及恢复 | 由于MyISAM的数据是以文件的形式存储,所以在跨平台的数据转移中会很方便。在备份和恢复时可单独针对某个表进行操作 | 免费的方案可以是拷贝数据文件、备份 binlog,或者用 mysqldump,在数据量达到几十G的时候就相对痛苦了 |
文件格式 | 数据和索引是分别存储的,数据.MYD,索引.MYI | 数据和索引是集中存储的,.ibd |
记录存储顺序 | 按记录插入顺序保存 | 按主键大小有序插入 |
外键 | 不支持 | 支持 |
事务 | 不支持 | 支持 |
锁支持(锁是避免资源争用的一个机制,MySQL锁对用户几乎是透明的) | 表级锁定 | 行级锁定、表级锁定,锁定力度小并发能力高 |
SELECT | MyISAM更优 | |
INSERT、UPDATE、DELETE | InnoDB更优 | |
select count(*) | myisam更快,因为myisam内部维护了一个计数器,可以直接调取。 | |
索引的实现方式 | B+树索引,myisam 是堆表 | B+树索引,Innodb 是索引组织表 |
哈希索引 | 不支持 | 支持 |
全文索引 | 支持 | 不支持 |
如果没有特别的需求,使用默认的Innodb即可。
MyISAM:以读写插入为主的应用程序,比如博客系统、新闻门户网站。
Innodb:更新(删除)操作频率也高,或者要保证数据的完整性;并发量高,支持事务和外键。比如OA自动化办公系统。
索引是一种特殊的文件(InnoDB数据表上的索引是表空间的一个组成部分),它们包含着对数据表里所有记录的引用指针。
索引是一种数据结构。数据库索引,是数据库管理系统中一个排序的数据结构,以协助快速查询、更新数据库表中数据。索引的实现通常使用B树及其变种B+树。
更通俗的说,索引就相当于目录。为了方便查找书中的内容,通过对内容建立索引形成目录。索引是一个文件,它是要占据物理空间的。
索引的优点
索引的缺点
where
上图中,根据id查询记录,因为id字段仅建立了主键索引,因此此SQL执行可选的索引只有主键索引,如果有多个,最终会选一个较优的作为检索的依据。
-- 增加一个没有建立索引的字段
alter table innodb1 add sex char(1);
-- 按sex检索时可选的索引为null
EXPLAIN SELECT * from innodb1 where sex='男';
可以尝试在一个字段未建立索引时,根据该字段查询的效率,然后对该字段建立索引(alter table 表名 add index(字段名)),同样的SQL执行的效率,你会发现查询效率会有明显的提升(数据量越大越明显)。
order by
当我们使用order by将查询结果按照某个字段排序时,如果该字段没有建立索引,那么执行计划会将查询出的所有数据使用外部排序(将数据从硬盘分批读取到内存使用内部排序,最后合并排序结果),这个操作是很影响性能的,因为需要将查询涉及到的所有数据从磁盘中读到内存(如果单条数据过大或者数据量过多都会降低效率),更无论读到内存之后的排序了。
但是如果我们对该字段建立索引alter table 表名 add index(字段名),那么由于索引本身是有序的,因此直接按照索引的顺序和映射关系逐条取出数据即可。而且如果分页的,那么只用取出索引表某个范围内的索引对应的数据,而不用像上述那取出所有数据进行排序再返回某个范围内的数据。(从磁盘取数据是最影响性能的)
join
对join语句匹配关系(on)涉及的字段建立索引能够提高效率
索引覆盖
如果要查询的字段都建立过索引,那么引擎会直接在索引表中查询而不会访问原始数据(否则只要有一个字段没有建立索引就会做全表扫描),这叫索引覆盖。因此我们需要尽可能的在select后只写必要的查询字段,以增加索引覆盖的几率。
这里值得注意的是不要想着为每个字段建立索引,因为优先使用索引的优势就在于其体积小。
主键索引: 数据列不允许重复,不允许为NULL,一个表只能有一个主键。
唯一索引: 数据列不允许重复,允许为NULL值,一个表允许多个列创建唯一索引。
普通索引: 基本的索引类型,没有唯一性的限制,允许为NULL值。
全文索引:是目前搜索引擎使用的一种关键技术。
索引的数据结构和具体存储引擎的实现有关,在MySQL中使用较多的索引有Hash索引,B+树索引等,而我们经常使用的InnoDB存储引擎的默认索引实现为:B+树索引。对于哈希索引来说,底层的数据结构就是哈希表,因此在绝大多数需求为单条记录查询的时候,可以选择哈希索引,查询性能最快;其余大部分场景,建议选择BTree索引。
1)B树索引
mysql通过存储引擎取数据,基本上90%的人用的就是InnoDB了,按照实现方式分,InnoDB的索引类型目前只有两种:BTREE(B树)索引和HASH索引。B树索引是Mysql数据库中使用最频繁的索引类型,基本所有存储引擎都支持BTree索引。通常我们说的索引不出意外指的就是(B树)索引(实际是用B+树实现的,因为在查看表索引时,mysql一律打印BTREE,所以简称为B树索引)
查询方式:
主键索引区:PI(关联保存的时数据的地址)按主键查询,
普通索引区:si(关联的id的地址,然后再到达上面的地址)。所以按主键查询,速度最快
B+tree性质:
1.)n棵子tree的节点包含n个关键字,不用来保存数据而是保存数据的索引。
2.)所有的叶子结点中包含了全部关键字的信息,及指向含这些关键字记录的指针,且叶子结点本身依关键字的大小自小而大顺序链接。
3.)所有的非终端结点可以看成是索引部分,结点中仅含其子树中的最大(或最小)关键字。
4.)B+ 树中,数据对象的插入和删除仅在叶节点上进行。
5.)B+树有2个头指针,一个是树的根节点,一个是最小关键码的叶节点。
2)哈希索引
简要说下,类似于数据结构中简单实现的HASH表(散列表)一样,当我们在mysql中用哈希索引时,主要就是通过Hash算法(常见的Hash算法有直接定址法、平方取中法、折叠法、除数取余法、随机数法),将数据库字段数据转换成定长的Hash值,与这条数据的行指针一并存入Hash表的对应位置;如果发生Hash碰撞(两个不同关键字的Hash值相同),则在对应Hash键下以链表形式存储。当然这只是简略模拟图。
索引用来快速地寻找那些具有特定值的记录。如果没有索引,一般来说执行查询时遍历整张表。
索引的原理很简单,就是把无序的数据变成有序的查询
索引算法有 BTree算法和Hash算法
BTree算法
BTree是最常用的mysql数据库索引算法,也是mysql默认的算法。因为它不仅可以被用在=,>,>=,<,<=和between这些比较操作符上,而且还可以用于like操作符,只要它的查询条件是一个不以通配符开头的常量, 例如:
-- 只要它的查询条件是一个不以通配符开头的常量
select * from user where name like 'jack%';
-- 如果一通配符开头,或者没有使用常量,则不会使用索引,例如:
select * from user where name like '%jack';
Hash算法
Hash Hash索引只能用于对等比较,例如=,<=>(相当于=)操作符。由于是一次定位数据,不像BTree索引需要从根节点到枝节点,最后才能访问到页节点这样多次IO访问,所以检索效率远高于BTree索引。
索引虽好,但也不是无限制的使用,最好符合一下几个原则
1) 最左前缀匹配原则,组合索引非常重要的原则,mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配,比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引,d是用不到索引的,如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到,a,b,d的顺序可以任意调整。
2)较频繁作为查询条件的字段才去创建索引
3)更新频繁字段不适合创建索引
4)若是不能有效区分数据的列不适合做索引列(如性别,男女未知,最多也就三种,区分度实在太低)
5)尽量的扩展索引,不要新建索引。比如表中已经有a的索引,现在要加(a,b)的索引,那么只需要修改原来的索引即可。
6)定义有外键的数据列一定要建立索引。
7)对于那些查询中很少涉及的列,重复值比较多的列不要建立索引。
8)对于定义为text、image和bit的数据类型的列不要建立索引。
第一种方式:在执行CREATE TABLE时创建索引
CREATE TABLE user_index2 (
id INT auto_increment PRIMARY KEY,
first_name VARCHAR (16),
last_name VARCHAR (16),
id_card VARCHAR (18),
information text,
KEY name (first_name, last_name),
FULLTEXT KEY (information),
UNIQUE KEY (id_card)
);
第二种方式:使用ALTER TABLE命令去增加索引
ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name (column_list);
ALTER TABLE用来创建普通索引、UNIQUE索引或PRIMARY KEY索引。
其中table_name是要增加索引的表名,column_list指出对哪些列进行索引,多列时各列之间用逗号分隔。
索引名index_name可自己命名,缺省时,MySQL将根据第一个索引列赋一个名称。另外,ALTER TABLE允许在单个语句中更改多个表,因此可以在同时创建多个索引。
第三种方式:使用CREATE INDEX命令创建
CREATE INDEX index_name ON table_name (column_list);
CREATE INDEX可对表增加普通索引或UNIQUE索引。(但是,不能创建PRIMARY KEY索引)
删除索引
根据索引名删除普通索引、唯一索引、全文索引:alter table 表名 drop KEY 索引名
alter table user_index drop KEY name;
alter table user_index drop KEY id_card;
alter table user_index drop KEY information;
删除主键索引:alter table 表名 drop primary key(因为主键只有一个)。这里值得注意的是,如果主键自增长,那么不能直接执行此操作(自增长依赖于主键索引):
需要取消自增长再行删除:
alter table user_index
-- 重新定义字段
MODIFY id int,
drop PRIMARY KEY
但通常不会删除主键,因为设计主键一定与业务逻辑无关。
通常,通过索引查询数据比全表扫描要快。但是我们也必须注意到它的代价。
关于索引:由于索引需要额外的维护成本,因为索引文件是单独存在的文件,所以当我们对数据的增加,修改,删除,都会产生额外的对索引文件的操作,这些操作需要消耗额外的IO,会降低增/改/删的执行效率。所以,在我们删除数据库百万级别数据的时候,查询MySQL官方手册得知删除数据的速度和创建的索引数量是成正比的。
语法:index(field(10)),使用字段值的前10个字符建立索引,默认是使用字段的全部内容建立索引。
前提:前缀的标识度高。比如密码就适合建立前缀索引,因为密码几乎各不相同。
实操的难度:在于前缀截取的长度。
我们可以利用select count(*)/count(distinct left(password,prefixLen));,通过从调整prefixLen的值(从1自增)查看不同前缀长度的一个平均匹配度,接近1时就可以了(表示一个密码的前prefixLen个字符几乎能确定唯一一条记录)
B树可以在内部节点同时存储键和值,因此,把频繁访问的数据放在靠近根节点的地方将会大大提高热点数据的查询效率。这种特性使得B树在特定数据重复多次查询的场景中更加高效。
由于B+树的内部节点只存放键,不存放值,因此,一次读取,可以在内存页中获取更多的键,有利于更快地缩小查找范围。B+树的叶节点由一条链相连,因此,当需要进行一次全数据遍历的时候,B+树只需要使用O(logN)时间找到最小的一个节点,然后通过链进行O(N)的顺序遍历即可。而B树则需要对树的每一层进行遍历,这会需要更多的内存置换次数,因此也就需要花费更多的时间
首先要知道Hash索引和B+树索引的底层实现原理:
hash索引底层就是hash表,进行查找时,调用一次hash函数就可以获取到相应的键值,之后进行回表查询获得实际数据。B+树底层实现是多路平衡查找树。对于每一次的查询都是从根节点出发,查找到叶子节点方可以获得所查键值,然后根据查询判断是否需要回表查询数据。
那么可以看出他们有以下的不同:
因为在hash索引中经过hash函数建立索引之后,索引的顺序与原顺序无法保持一致,不能支持范围查询。而B+树的的所有节点皆遵循(左节点小于父节点,右节点大于父节点,多叉树也类似),天然支持范围。
因此,在大多数情况下,直接选择B+树索引可以获得稳定且较好的查询速度。而不需要使用hash索引。
在B+树的索引中,叶子节点可能存储了当前的key值,也可能存储了当前的key值以及整行的数据,这就是聚簇索引和非聚簇索引。在InnoDB中,只有主键索引是聚簇索引,如果没有主键,则挑选一个唯一键建立聚簇索引。如果没有唯一键,则隐式的生成一个键来建立聚簇索引。
当查询使用聚簇索引时,在对应的叶子节点,可以获取到整行数据,因此不用再次进行回表查询。
澄清一个概念:innodb中,在聚簇索引之上创建的索引称之为辅助索引,辅助索引访问数据总是需要二次查找,非聚簇索引都是辅助索引,像复合索引、前缀索引、唯一索引,辅助索引叶子节点存储的不再是行的物理位置,而是主键值
何时使用聚簇索引与非聚簇索引
不一定,这涉及到查询语句所要求的字段是否全部命中了索引,如果全部命中了索引,那么就不必再进行回表查询。
举个简单的例子,假设我们在员工表的年龄上建立了索引,那么当进行select age from employee where age < 20的查询时,在索引的叶子节点上,已经包含了age信息,不会再次进行回表查询。
MySQL可以使用多个字段同时建立一个索引,叫做联合索引。在联合索引中,如果想要命中索引,需要按照建立索引时的字段顺序挨个使用,否则无法命中索引。
具体原因为:
MySQL使用索引时需要索引有序,假设现在建立了"name,age,school"的联合索引,那么索引的排序为: 先按照name排序,如果name相同,则按照age排序,如果age的值也相等,则按照school进行排序。
当进行查询时,此时索引仅仅按照name严格有序,因此必须首先使用name字段进行等值查询,之后对于匹配到的列而言,其按照age字段严格有序,此时可以使用age字段用做索引查找,以此类推。因此在建立联合索引的时候应该注意索引列的顺序,一般情况下,将查询需求频繁或者字段选择性高的列放在前面。此外可以根据特例的查询或者表结构进行单独的调整。
事务是一个不可分割的数据库操作序列,也是数据库并发控制的基本单位,其执行的结果必须使数据库从一种一致性状态变到另一种一致性状态。事务是逻辑上的一组操作,要么都执行,要么都不执行。
事务最经典也经常被拿出来说例子就是转账了。
假如小明要给小红转账1000元,这个转账会涉及到两个关键操作就是:将小明的余额减少1000元,将小红的余额增加1000元。万一在这两个操作之间突然出现错误比如银行系统崩溃,导致小明余额减少而小红的余额没有增加,这样就不对了。事务就是保证这两个关键操作要么都成功,要么都要失败。
关系性数据库需要遵循ACID规则,具体内容如下:
为了达到事务的四大特性,数据库定义了4种不同的事务隔离级别,由低到高依次为Read uncommitted、Read committed、Repeatable read、Serializable,这四个级别可以逐个解决脏读、不可重复读、幻读这几类问题。
隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻影读 |
---|---|---|---|
READ-UNCOMMITTED | √ | √ | √ |
READ-COMMITTED | × | √ | √ |
REPEATABLE-READ | × | × | √ |
SERIALIZABLE | × | × | × |
SQL 标准定义了四个隔离级别:
这里需要注意的是:Mysql 默认采用的 REPEATABLE_READ隔离级别 Oracle 默认采用的 READ_COMMITTED隔离级别
事务隔离机制的实现基于锁机制和并发调度。其中并发调度使用的是MVVC(多版本并发控制),通过保存修改的旧版本信息来支持并发一致性读和回滚等特性。
因为隔离级别越低,事务请求的锁越少,所以大部分数据库系统的隔离级别都是READ-COMMITTED(读取提交内容):,但是你要知道的是InnoDB 存储引擎默认使用 **REPEATABLE-READ(可重读)**并不会有任何性能损失。
InnoDB 存储引擎在 分布式事务 的情况下一般会用到**SERIALIZABLE(可串行化)**隔离级别。
当数据库有并发事务的时候,可能会产生数据的不一致,这时候需要一些机制来保证访问的次序,锁机制就是这样的一个机制。
就像酒店的房间,如果大家随意进出,就会出现多人抢夺同一个房间的情况,而在房间上装上锁,申请到钥匙的人才可以入住并且将房间锁起来,其他人只有等他使用完毕才可以再次使用。
在Read Uncommitted级别下,读取数据不需要加共享锁,这样就不会跟被修改的数据上的排他锁冲突
在Read Committed级别下,读操作需要加共享锁,但是在语句执行完以后释放共享锁;
在Repeatable Read级别下,读操作需要加共享锁,但是在事务提交之前并不释放共享锁,也就是必须等待事务执行完毕以后才释放共享锁。
SERIALIZABLE 是限制性最强的隔离级别,因为该级别锁定整个范围的键,并一直持有锁,直到事务完成。
在关系型数据库中,可以按照锁的粒度把数据库锁分为行级锁(INNODB引擎)、表级锁(MYISAM引擎)和页级锁(BDB引擎 )。
MyISAM和InnoDB存储引擎使用的锁:
行级锁,表级锁和页级锁对比
行级锁 行级锁是Mysql中锁定粒度最细的一种锁,表示只针对当前操作的行进行加锁。行级锁能大大减少数据库操作的冲突。其加锁粒度最小,但加锁的开销也最大。行级锁分为共享锁 和 排他锁。
特点:开销大,加锁慢;会出现死锁;锁定粒度最小,发生锁冲突的概率最低,并发度也最高。
表级锁 表级锁是MySQL中锁定粒度最大的一种锁,表示对当前操作的整张表加锁,它实现简单,资源消耗较少,被大部分MySQL引擎支持。最常使用的MYISAM与INNODB都支持表级锁定。表级锁定分为表共享读锁(共享锁)与表独占写锁(排他锁)。
特点:开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定粒度大,发出锁冲突的概率最高,并发度最低。
页级锁 页级锁是MySQL中锁定粒度介于行级锁和表级锁中间的一种锁。表级锁速度快,但冲突多,行级冲突少,但速度慢。所以取了折衷的页级,一次锁定相邻的一组记录。
特点:开销和加锁时间界于表锁和行锁之间;会出现死锁;锁定粒度界于表锁和行锁之间,并发度一般
从锁的类别上来讲,有共享锁和排他锁。
共享锁: 又叫做读锁。当用户要进行数据的读取时,对数据加上共享锁。共享锁可以同时加上多个。
排他锁: 又叫做写锁。当用户要进行数据的写入时,对数据加上排他锁。排他锁只可以加一个,他和其他的排他锁,共享锁都相斥。
用上面的例子来说就是用户的行为有两种,一种是来看房,多个用户一起看房是可以接受的。一种是真正的入住一晚,在这期间,无论是想入住的还是想看房的都不可以。
锁的粒度取决于具体的存储引擎,InnoDB实现了行级锁,页级锁,表级锁。
他们的加锁开销从大到小,并发能力也是从大到小。
答:InnoDB是基于索引来完成行锁
例: select * from tab_with_index where id = 1 for update;
for update 可以根据条件来完成行锁锁定,并且 id 是有索引键的列,如果 id 不是索引键那么InnoDB将完成表锁,并发将无从谈起
相关知识点:
死锁是指两个或多个事务在同一资源上相互占用,并请求锁定对方的资源,从而导致恶性循环的现象。
常见的解决死锁的方法
1、如果不同程序会并发存取多个表,尽量约定以相同的顺序访问表,可以大大降低死锁机会。
2、在同一个事务中,尽可能做到一次锁定所需要的所有资源,减少死锁产生概率;
3、对于非常容易产生死锁的业务部分,可以尝试使用升级锁定颗粒度,通过表级锁定来减少死锁产生的概率;
如果业务处理不好可以用分布式事务锁或者使用乐观锁
数据库管理系统(DBMS)中的并发控制的任务是确保在多个事务同时存取数据库中同一数据时不破坏事务的隔离性和统一性以及数据库的统一性。乐观并发控制(乐观锁)和悲观并发控制(悲观锁)是并发控制主要采用的技术手段。
悲观锁:假定会发生并发冲突,屏蔽一切可能违反数据完整性的操作。在查询完数据的时候就把事务锁起来,直到提交事务。实现方式:使用数据库中的锁机制
乐观锁:假设不会发生并发冲突,只在提交操作时检查是否违反数据完整性。在修改数据的时候把事务锁起来,通过version的方式来进行锁定。实现方式:乐一般会使用版本号机制或CAS算法实现。
两种锁的使用场景
从上面对两种锁的介绍,我们知道两种锁各有优缺点,不可认为一种好于另一种,像乐观锁适用于写比较少的情况下(多读场景),即冲突真的很少发生的时候,这样可以省去了锁的开销,加大了系统的整个吞吐量。
但如果是多写的情况,一般会经常产生冲突,这就会导致上层应用会不断的进行retry,这样反倒是降低了性能,所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。
为了提高复杂SQL语句的复用性和表操作的安全性,MySQL数据库管理系统提供了视图特性。所谓视图,本质上是一种虚拟表,在物理上是不存在的,其内容与真实的表相似,包含一系列带有名称的列和行数据。但是,视图并不在数据库中以储存的数据值形式存在。行和列数据来自定义视图的查询所引用基本表,并且在具体引用视图时动态生成。
视图使开发者只关心感兴趣的某些特定数据和所负责的特定任务,只能看到视图中所定义的数据,而不是视图所引用表中的数据,从而提高了数据库中数据的安全性。
视图的特点如下:
视图的操作包括创建视图,查看视图,删除视图和修改视图。
视图根本用途:简化sql查询,提高开发效率。如果说还有另外一个用途那就是兼容老的表结构。
下面是视图的常见使用场景:
游标是系统为用户开设的一个数据缓冲区,存放SQL语句的执行结果,每个游标区都有一个名字。用户可以通过游标逐一获取记录并赋给主变量,交由主语言进一步处理。
存储过程是一个预编译的SQL语句,优点是允许模块化的设计,就是说只需要创建一次,以后在该程序中就可以调用多次。如果某次操作需要执行多次SQL,使用存储过程比单纯SQL语句执行要快。
优点
1)存储过程是预编译过的,执行效率高。
2)存储过程的代码直接存放于数据库中,通过存储过程名直接调用,减少网络通讯。
3)安全性高,执行存储过程需要有一定权限的用户。
4)存储过程可以重复使用,减少数据库开发人员的工作量。
缺点
1)调试麻烦,但是用 PL/SQL Developer 调试很方便!弥补这个缺点。
2)移植问题,数据库端代码当然是与数据库相关的。但是如果是做工程型项目,基本不存在移植问题。
3)重新编译问题,因为后端代码是运行前编译的,如果带有引用关系的对象发生改变时,受影响的存储过程、包将需要重新编译(不过也可以设置成运行时刻自动编译)。
4)如果在一个程序系统中大量的使用存储过程,到程序交付使用的时候随着用户需求的增加会导致数据结构的变化,接着就是系统的相关问题了,最后如果用户想维护该系统可以说是很难很难、而且代价是空前的,维护起来更麻烦。
触发器是用户定义在关系表上的一类由事件驱动的特殊的存储过程。触发器是指一段代码,当触发某个事件时,自动执行这些代码。
使用场景
在MySQL数据库中有如下六种触发器:
数据定义语言DDL(Data Ddefinition Language)CREATE,DROP,ALTER
主要为以上操作 即对逻辑结构等有操作的,其中包括表结构,视图和索引。
数据查询语言DQL(Data Query Language)SELECT
这个较为好理解 即查询操作,以select关键字。各种简单查询,连接查询等 都属于DQL。
数据操纵语言DML(Data Manipulation Language)INSERT,UPDATE,DELETE
主要为以上操作 即对数据进行操作的,对应上面所说的查询操作 DQL与DML共同构建了多数初级程序员常用的增删改查操作。而查询是较为特殊的一种 被划分到DQL中。
数据控制功能DCL(Data Control Language)GRANT,REVOKE,COMMIT,ROLLBACK
主要为以上操作 即对数据库安全性完整性等有操作的,可以简单的理解为权限控制等。
SQL 约束有哪几种?
SELECT * FROM A,B(,C)或者SELECT * FROM A CROSS JOIN B (CROSS JOIN C)#没有任何关联条件,结果是笛卡尔积,结果集会很大,没有意义,很少使用内连接(INNER JOIN)SELECT * FROM A,B WHERE A.id=B.id或者SELECT * FROM A INNER JOIN B ON A.id=B.id多表中同时符合某种条件的数据记录的集合,INNER JOIN可以缩写为JOIN
内连接分为三类
外连接(LEFT JOIN/RIGHT JOIN)
联合查询(UNION与UNION ALL)
SELECT * FROM A UNION SELECT * FROM B UNION ...
全连接(FULL JOIN)
SELECT * FROM A LEFT JOIN B ON A.id=B.id UNIONSELECT * FROM A RIGHT JOIN B ON A.id=B.id
表连接面试题
有2张表,1张R、1张S,R表有ABC三列,S表有CD两列,表中各有三条记录。
R表
A | B | C |
---|---|---|
a1 | b1 | c1 |
a2 | b2 | c2 |
a3 | b3 | c3 |
S表
C | D |
---|---|
c1 | d1 |
c2 | d2 |
c4 | d3 |
select r.*,s.* from r,s
A | B | C | C | D |
---|---|---|---|---|
a1 | b1 | c1 | c1 | d1 |
a2 | b2 | c2 | c1 | d1 |
a3 | b3 | c3 | c1 | d1 |
a1 | b1 | c1 | c2 | d2 |
a2 | b2 | c2 | c2 | d2 |
a3 | b3 | c3 | c2 | d2 |
a1 | b1 | c1 | c4 | d3 |
a2 | b2 | c2 | c4 | d3 |
a3 | b3 | c3 | c4 | d3 |
A | B | C | C | D |
---|---|---|---|---|
a1 | b1 | c1 | c1 | d1 |
a2 | b2 | c2 | c2 | d2 |
A | B | C | C | D |
---|---|---|---|---|
a1 | b1 | c1 | c1 | d1 |
a2 | b2 | c2 | c2 | d2 |
a3 | b3 | c3 |
A | B | C | C | D |
a1 | b1 | c1 | c1 | d1 |
a2 | b2 | c2 | c2 | d2 |
c4 | d3 |
A | B | C | C | D |
---|---|---|---|---|
a1 | b1 | c1 | c1 | d1 |
a2 | b2 | c2 | c2 | d2 |
a3 | b3 | c3 | ||
c4 | d3 |
-- 查询工资最高的员工是谁?
select * from employee where salary=(select max(salary) from employee);
-- 查询工资最高的员工是谁?
select * from employee where salary=(select max(salary) from employee);
-- 1) 查询出2011年以后入职的员工信息
-- 2) 查询所有的部门信息,与上面的虚拟表中的信息比对,找出所有部门ID相等的员工。
select * from dept d, (select * from employee where join_date > '2011-1-1') e where e.dept_id = d.id;
mysql中的in语句是把外表和内表作hash 连接,而exists语句是对外表作loop循环,每次loop循环再对内表进行查询。一直大家都认为exists比in语句的效率要高,这种说法其实是不准确的。这个是要区分环境的。
char的特点
varchar的特点
总之,结合性能角度(char更快)和节省磁盘空间角度(varchar更小),具体情况还需具体来设计数据库才是妥当的做法。
最多存放50个字符,varchar(50)和(200)存储hello所占空间一样,但后者在排序时会消耗更多内存,因为order by col采用fixed_length计算col长度(memory引擎也一样)。在早期 MySQL 版本中, 50 代表字节数,现在代表字符数。
是指显示字符的长度。20表示最大显示宽度为20,但仍占4字节存储,存储范围不变;
不影响内部存储,只是影响带 zerofill 定义的 int 时,前面补多少个 0,易于报表展示
对大多数应用没有意义,只是规定一些工具用来显示字符的个数;int(1)和int(20)存储和计算均一样;
三者都表示删除,但是三者有一些差别:
Delete | Truncate | Drop | |
---|---|---|---|
类型 | 属于DML | 属于DDL | 属于DDL |
回滚 | 可回滚 | 不可回滚 | 不可回滚 |
删除内容 | 表结构还在,删除表的全部或者一部分数据行 | 表结构还在,删除表中的所有数据 | 从数据库中删除表,所有的数据行,索引和权限也会被删除 |
删除速度 | 删除速度慢,需要逐行删除 | 删除速度快 | 删除速度最快 |
因此,在不再需要一张表的时候,用drop;在想删除部分数据行时候,用delete;在保留表而删除所有数据的时候用truncate。
对于低性能的SQL语句的定位,最重要也是最有效的方法就是使用执行计划,MySQL提供了explain命令来查看语句的执行计划。我们知道,不管是哪种数据库,或者是哪种数据库引擎,在对一条SQL语句进行执行的过程中都会做很多相关的优化,对于查询语句,最重要的优化方式就是使用索引。而执行计划,就是显示数据库引擎对于SQL语句的执行的详细情况,其中包含了是否使用索引,使用什么索引,使用的索引的相关信息等。
执行计划包含的信息 id 有一组数字组成。表示一个查询中各个子查询的执行顺序;
select_type 每个子查询的查询类型,一些常见的查询类型。
id | select_type | description |
---|---|---|
1 | SIMPLE | 不包含任何子查询或union等查询 |
2 | PRIMARY | 包含子查询最外层查询就显示为 PRIMARY |
3 | SUBQUERY | 在select或 where字句中包含的查询 |
4 | DERIVED | from字句中包含的查询 |
5 | UNION | 出现在union后的查询语句中 |
6 | UNION RESULT | 从UNION中获取结果集,例如上文的第三个例子 |
table 查询的数据表,当从衍生表中查数据时会显示 x 表示对应的执行计划id partitions 表分区、表创建的时候可以指定通过那个列进行表分区。举个例子:
create table tmp (
id int unsigned not null AUTO_INCREMENT,
name varchar(255),
PRIMARY KEY (id)
) engine = innodb
partition by key (id) partitions 5;
type(非常重要,可以看到有没有走索引) 访问类型
possible_keys 可能使用的索引,注意不一定会使用。查询涉及到的字段上若存在索引,则该索引将被列出来。当该列为 NULL时就要考虑当前的SQL是否需要优化了。
key 显示MySQL在查询中实际使用的索引,若没有使用索引,显示为NULL。
TIPS:查询中若使用了覆盖索引(覆盖索引:索引的数据覆盖了需要查询的所有数据),则该索引仅出现在key列表中
key_length 索引长度
ref 表示上述表的连接匹配条件,即哪些列或常量被用于查找索引列上的值
rows 返回估算的结果集数目,并不是一个准确的值。
extra 的信息非常丰富,常见的有:
【推荐】SQL性能优化的目标:至少要达到 range 级别,要求是ref级别,如果可以是consts最好。
说明:
1) consts 单表中最多只有一个匹配行(主键或者唯一索引),在优化阶段即可读取到数据。
2) ref 指的是使用普通的索引(normal index)。
3) range 对索引进行范围检索。
反例:explain表的结果,type=index,索引物理文件全扫描,速度非常慢,这个index级别比较range还低,与全表扫描是小巫见大巫。
超大的分页一般从两个方向上来解决.
解决超大分页,其实主要是靠缓存,可预测性的提前查到内容,缓存至redis等k-V数据库中,直接返回即可.
在阿里巴巴《Java开发手册》中,对超大分页的解决办法是类似于上面提到的第一种.
【推荐】利用延迟关联或者子查询优化超多分页场景。
LIMIT 子句可以被用于强制 SELECT 语句返回指定的记录数。LIMIT 接受一个或两个数字参数。参数必须是一个整数常量。如果给定两个参数,第一个参数指定第一个返回记录行的偏移量,第二个参数指定返回记录行的最大数目。初始记录行的偏移量是 0(而不是 1)
mysql> SELECT * FROM table LIMIT 5,10; // 检索记录行 6-15
为了检索从某一个偏移量到记录集的结束所有的记录行,可以指定第二个参数为 -1:
mysql> SELECT * FROM table LIMIT 95,-1; // 检索记录行 96-last.
如果只给定一个参数,它表示返回最大的记录行数目:
mysql> SELECT * FROM table LIMIT 5; //检索前 5 个记录行
换句话说,LIMIT n 等价于 LIMIT 0,n。
用于记录执行时间超过某个临界值的SQL日志,用于快速定位慢查询,为我们的优化做参考。
开启慢查询日志
配置项:slow_query_log
可以使用show variables like ‘slov_query_log’查看是否开启,如果状态值为OFF,可以使用set GLOBAL slow_query_log = on来开启,它会在datadir下产生一个xxx-slow.log的文件。
设置临界时间
配置项:long_query_time
查看:show VARIABLES like 'long_query_time',单位秒
设置:set long_query_time=0.5
实操时应该从长时间设置到短的时间,即将最慢的SQL优化掉
查看日志,一旦SQL超过了我们设置的临界时间就会被记录到xxx-slow.log中
在业务系统中,除了使用主键进行的查询,其他的我都会在测试库上测试其耗时,慢查询的统计主要由运维在做,会定期将业务中的慢查询反馈给我们。
慢查询的优化首先要搞明白慢的原因是什么?是查询条件没有命中索引?是load了不需要的数据列?还是数据量太大?
所以优化也是针对这三个方向来的,
主键是数据库确保数据行在整张表唯一性的保障,即使业务上本张表没有主键,也建议添加一个自增长的ID列作为主键。设定了主键之后,在后续的删改查的时候可能更加快速以及确保操作数据范围安全。
推荐使用自增ID,不要使用UUID。
因为在InnoDB存储引擎中,主键索引是作为聚簇索引存在的,也就是说,主键索引的B+树叶子节点上存储了主键索引以及全部的数据(按照顺序),如果主键索引是自增ID,那么只需要不断向后排列即可,如果是UUID,由于到来的ID与原来的大小不确定,会造成非常多的数据插入,数据移动,然后导致产生很多的内存碎片,进而造成插入性能的下降。
总之,在数据量大一些的情况下,用自增主键性能会好一些。
关于主键是聚簇索引,如果没有主键,InnoDB会选择一个唯一键来作为聚簇索引,如果没有唯一键,会生成一个隐式的主键。
null值会占用更多的字节,且会在程序中造成很多与预期不符的情况。
密码散列,盐,用户身份证号等固定长度的字符串应该使用char而不是varchar来存储,这样可以节省空间且提高检索效率。
解题方法
对于此类考题,先说明如何定位低效SQL语句,然后根据SQL语句可能低效的原因做排查,先从索引着手,如果索引没有问题,考虑以上几个方面,数据访问的问题,长难查询句的问题还是一些特定类型优化的问题,逐一回答。
SQL语句优化的一些方法?
select id from t where num is null
-- 可以在num上设置默认值0,确保表中num列没有null值,然后这样查询:
select id from t where num=
select id from t where num=10 or num=20
-- 可以这样查询:
select id from t where num=10 union all select id from t where num=20
select id from t where num in(1,2,3)
-- 对于连续的数值,能用 between 就不要用 in 了:
select id from t where num between 1 and 3
select id from t where num=@num
-- 可以改为强制查询使用索引:
select id from t with(index(索引名)) where num=@num
select id from t where num/2=100
-- 应改为:
select id from t where num=100*2
select id from t where substring(name,1,3)=’abc’
-- name以abc开头的id应改为:
select id from t where name like ‘abc%’
优化原则:减少系统瓶颈,减少资源占用,增加系统的反应速度。
一个好的数据库设计方案对于数据库的性能往往会起到事半功倍的效果。
需要考虑数据冗余、查询和更新的速度、字段的数据类型是否合理等多方面的内容。
将字段很多的表分解成多个表
对于字段较多的表,如果有些字段的使用频率很低,可以将这些字段分离出来形成新表。
因为当一个表的数据量很大时,会由于使用频率低的字段的存在而变慢。
增加中间表
对于需要经常联合查询的表,可以建立中间表以提高查询效率。
通过建立中间表,将需要通过联合查询的数据插入到中间表中,然后将原来的联合查询改为对中间表的查询。
增加冗余字段
设计数据表时应尽量遵循范式理论的规约,尽可能的减少冗余字段,让数据库设计看起来精致、优雅。但是,合理的加入冗余字段可以提高查询速度。
表的规范化程度越高,表和表之间的关系越多,需要连接查询的情况也就越多,性能也就越差。
注意:
冗余字段的值在一个表中修改了,就要想办法在其他表中更新,否则就会导致数据不一致的问题。
当 cpu 飙升到 500%时,先用操作系统命令 top 命令观察是不是 mysqld 占用导致的,如果不是,找出占用高的进程,并进行相关处理。
如果是 mysqld 造成的, show processlist,看看里面跑的 session 情况,是不是有消耗资源的 sql 在运行。找出消耗高的 sql,看看执行计划是否准确, index 是否缺失,或者实在是数据量太大造成。
一般来说,肯定要 kill 掉这些线程(同时观察 cpu 使用率是否下降),等进行相应的调整(比如说加索引、改 sql、改内存参数)之后,再重新跑这些 SQL。
也有可能是每个 sql 消耗资源并不多,但是突然之间,有大量的 session 连进来导致 cpu 飙升,这种情况就需要跟应用一起来分析为何连接数会激增,再做出相应的调整,比如说限制连接数等
当MySQL单表记录数过大时,数据库的CRUD性能会明显下降,一些常见的优化措施如下:
还有就是通过分库分表的方式进行优化,主要有垂直分表和水平分表
垂直拆分的优点:可以使得行数据变小,在查询时减少读取的Block数,减少I/O次数。此外,垂直分区可以简化表的结构,易于维护。 垂直拆分的缺点:主键会出现冗余,需要管理冗余列,并会引起Join操作,可以通过在应用层进行Join来解决。此外,垂直分区会让事务变得更加复杂; 垂直分表 把主键和一些列放在一个表,然后把主键和另外的列放在另一个表中
适用场景 缺点
水品拆分可以支持非常大的数据量。需要注意的一点是:分表仅仅是解决了单一表数据过大的问题,但由于表的数据还是在同一台机器上,其实对于提升MySQL并发能力没有什么意义,所以 水平拆分最好分库 。 水平拆分能够 支持非常大的数据量存储,应用端改造也少,但 分片事务难以解决 ,跨界点Join性能较差,逻辑复杂。 《Java工程师修炼之道》的作者推荐 尽量不要对数据进行分片,因为拆分会带来逻辑、部署、运维的各种复杂度 ,一般的数据表在优化得当的情况下支撑千万以下的数据量是没有太大问题的。如果实在要分片,尽量选择客户端分片架构,这样可以减少一次和中间件的网络I/O。 水平分表: 表很大,分割后可以降低在查询时需要读的数据和索引的页数,同时也降低了索引的层数,提高查询次数
适用场景 水平切分的缺点 下面补充一下数据库分片的两种常见方案:
分库分表后面临的问题
UUID 使用UUID作主键是最简单的方案,但是缺点也是非常明显的。由于UUID非常的长,除占用大量存储空间外,最主要的问题是在索引上,在建立索引和基于索引进行查询时都存在性能问题。Twitter的分布式自增ID算法Snowflake 在分布式系统中,需要生成全局UID的场合还是比较多的,twitter的snowflake解决了这种需求,实现也还是很简单的,除去配置信息,核心代码就是毫秒级时间41位 机器ID 10位 毫秒内序列12位。
主从复制:将主数据库中的DDL和DML操作通过二进制日志(BINLOG)传输到从数据库上,然后将这些日志重新执行(重做);从而使得从数据库的数据与主数据库保持一致。
主从复制的作用
MySQL主从复制解决的问题
MySQL主从复制工作原理
基本原理流程,3个线程以及之间的关联
主:binlog线程——记录下所有改变了数据库数据的语句,放进master上的binlog中;
从:io线程——在使用start slave 之后,负责从master上拉取 binlog 内容,放进自己的relay log中;
从:sql执行线程——执行relay log中的语句;
复制过程
Binary log:主数据库的二进制日志
Relay log:从服务器的中继日志
第一步:master在每个事务更新数据完成之前,将该操作记录串行地写入到binlog文件中。
第二步:salve开启一个I/O Thread,该线程在master打开一个普通连接,主要工作是binlog dump process。如果读取的进度已经跟上了master,就进入睡眠状态并等待master产生新的事件。I/O线程最终的目的是将这些事件写入到中继日志中。
第三步:SQL Thread会读取中继日志,并顺序执行该日志中的SQL事件,从而与主数据库中的数据保持一致。
读写分离是依赖于主从复制,而主从复制又是为读写分离服务的。因为主从复制要求slave不能写只能读(如果对slave执行写操作,那么show slave status将会呈现Slave_SQL_Running=NO,此时你需要按照前面提到的手动同步一下slave)。
方案一
使用mysql-proxy代理
优点:直接实现读写分离和负载均衡,不用修改代码,master和slave用一样的帐号,mysql官方不建议实际生产中使用
缺点:降低性能, 不支持事务
方案二
使用AbstractRoutingDataSource+aop+annotation在dao层决定数据源。 如果采用了mybatis, 可以将读写分离放在ORM层,比如mybatis可以通过mybatis plugin拦截sql语句,所有的insert/update/delete都访问master库,所有的select 都访问salve库,这样对于dao层都是透明。plugin实现时可以通过注解或者分析语句是读写方法来选定主从库。不过这样依然有一个问题, 也就是不支持事务, 所以我们还需要重写一下DataSourceTransactionManager, 将read-only的事务扔进读库, 其余的有读有写的扔进写库。
方案三
使用AbstractRoutingDataSource+aop+annotation在service层决定数据源,可以支持事务.
缺点:类内部方法通过this.xx()方式相互调用时,aop不会进行拦截,需进行特殊处理。
(1)备份计划
视库的大小来定,一般来说 100G 内的库,可以考虑使用 mysqldump 来做,因为 mysqldump更加轻巧灵活,备份时间选在业务低峰期,可以每天进行都进行全量备份(mysqldump 备份出来的文件比较小,压缩之后更小)。
100G 以上的库,可以考虑用 xtranbackup 来做,备份速度明显要比 mysqldump 要快。一般是选择一周一个全备,其余每天进行增量备份,备份时间为业务低峰期。
(2)备份恢复时间
物理备份恢复快,逻辑备份恢复慢
这里跟机器,尤其是硬盘的速率有关系,以下列举几个仅供参考
20G的2分钟(mysqldump)
80G的30分钟(mysqldump)
111G的30分钟(mysqldump)
288G的3小时(xtra)
3T的4小时(xtra)
逻辑导入时间一般是备份时间的5倍以上
(3)备份恢复失败如何处理
首先在恢复之前就应该做足准备工作,避免恢复的时候出错。比如说备份之后的有效性检查、权限检查、空间检查等。如果万一报错,再根据报错的提示来进行相应的调整。
(4)mysqldump和xtrabackup实现原理
mysqldump
mysqldump 属于逻辑备份。加入–single-transaction 选项可以进行一致性备份。后台进程会先设置 session 的事务隔离级别为 RR(SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVELREPEATABLE READ),之后显式开启一个事务(START TRANSACTION /*!40100 WITH CONSISTENTSNAPSHOT */),这样就保证了该事务里读到的数据都是事务事务时候的快照。之后再把表的数据读取出来。如果加上–master-data=1 的话,在刚开始的时候还会加一个数据库的读锁(FLUSH TABLES WITH READ LOCK),等开启事务后,再记录下数据库此时 binlog 的位置(showmaster status),马上解锁,再读取表的数据。等所有的数据都已经导完,就可以结束事务
Xtrabackup:
xtrabackup 属于物理备份,直接拷贝表空间文件,同时不断扫描产生的 redo 日志并保存下来。最后完成 innodb 的备份后,会做一个 flush engine logs 的操作(老版本在有 bug,在5.6 上不做此操作会丢数据),确保所有的 redo log 都已经落盘(涉及到事务的两阶段提交
概念,因为 xtrabackup 并不拷贝 binlog,所以必须保证所有的 redo log 都落盘,否则可能会丢最后一组提交事务的数据)。这个时间点就是 innodb 完成备份的时间点,数据文件虽然不是一致性的,但是有这段时间的 redo 就可以让数据文件达到一致性(恢复的时候做的事
情)。然后还需要 flush tables with read lock,把 myisam 等其他引擎的表给备份出来,备份完后解锁。这样就做到了完美的热备。
使用 myisamchk 来修复,具体步骤:
使用repair table 或者 OPTIMIZE table命令来修复,REPAIR TABLE table_name 修复表 OPTIMIZE TABLE table_name 优化表 REPAIR TABLE 用于修复被破坏的表。OPTIMIZE TABLE 用于回收闲置的数据库空间,当表上的数据行被删除时,所占据的磁盘空间并没有立即被回收,使用了OPTIMIZE TABLE命令后这些空间将被回收,并且对磁盘上的数据行进行重排(注意:是磁盘上,而非数据库)