MySQL原理

MySQL基础：

• sql语句的执行过程：
  • 连接器：登录连接sql数据库
  • 分析器：分析解读sql语句，并检查是否符合SQL语法规则
  • 优化器：对实现方式进行优化，比如在查询时决定使用哪个索引。
  • 执行器：执行。
• 事务：一系列聚合性操作，一组不可分割的sql语句。要么全部执行，要么全部不执行。
  • 原子性：不可分割。undo log保证可以回滚
  • 隔离性：事务不可被其他事务干扰。MVCC保证。
  • 一致性：数据库处理结果应与其所代表的客观世界中真实状况保持一致。由其他三个特性保证
  • 持久性：即便故障也不应该使数据的改变失效。redo log、bin log
• 隔离级别：
  • 读未提交：事务未提交，修改就能被其他事务看到。
  • 读提交：事务修改后，修改才能被其他事务看到。解决脏读
  • 可重复读：事务在执行过程中，数据会保持与开始时一致。mysql默认，解决不可重读。
  • 串行化：写锁，读锁。阻塞。解决幻读。
  • 行锁：在InnoDB事务中，行锁是在需要的时候才加上的，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到事务结束时才释放。这个就是两阶段锁协议。
    • 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁，就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
    • 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁，可以对 A 进行读取操作，但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁，但是不能加 X 锁。
    • 意向XS锁：对整个表加意向锁，表明已有事务正在对此表/此表的某行进行读/写，阻塞其他想要获取表锁的事务，如果没有意向锁，想要获取表锁的事务逐条查看是否有行锁。
  • 表锁：很重量级，因此很少使用，通常只在整表的复制、备份中使用

MVCC：mysql实现读提交和可重复读两个隔离级别的方式。

原理：每行数据的三个隐藏属性：回滚指针（指向undo log串成的版本链），自增ID，最近修改该数据的事务ID。

读视图：记录活跃事务列表，也就是还未提交的事务。通过这个列表来判断记录的某个版本是否对当前事务可见。从版本链上的最新记录开始寻找，若更改某条记录的事务id小于读视图中的最小活跃事务id，也就是说当前事务是已提交的，就返回这条记录。

• 如何实现读提交：每次select都创建一个读视图。
• 如何实现可重复读：一个事务只创建一次读视图。

当前读：读取最新记录、update insert delete时用，需要加锁。

快照读：读版本链、读视图，不需要加锁。

MVCC 可以解决什么问题？

• 读写之间阻塞的问题，通过 MVCC 可以让读写互相不阻塞，读不相互阻塞，这样可以提升数据并发处理能力。
• 降低了死锁的概率，读取数据时，不需要加锁，写操作，只需要锁定必要的行。
• 解决了一致性读的问题，当我们朝向某个数据库在时间点的快照是，只能看到这个时间点之前事务提交更新的结果，不能看到时间点之后事务提交的更新结果。

MVCC在可重复读级别下，部分地解决了幻读问题，但这种情况下仍然可能出现幻读：一个事务不光进行查询，还进行update。

a事务先select，b事务insert之后提交。然后a事务update，若a事务再次select就会出现b事务中的新行，并且这个新行已经被update修改了.

上面这样，事务2提交之后，事务1再次执行update，因为这个是当前读，他会读取最新的数据，包括别的事务已经提交的，所以就会导致此时前后读取的数据不一致，出现幻读。

并发事务带来哪些问题?

• 脏读：某事务在修改数据还未提交时，被另一事务读取了这个数据进行了错误的操作。
• 丢失修改：两个事务同时修改某数据而未被阻塞，那么先修改的就会丢失。
• 不可重读：事务在两次读取数据中间某个时刻被其他事务修改了该数据，造成两次不一样。
• 幻读：事务在两次查询中间某个时刻被其他事务添加或删除了数据。比如查询年龄大于20的人，但被其他事务增加了几条记录。
• 日志：
  • bin log：属于sever层，写满后重新开一块，记录原始操作逻辑。可用于读写分离主从库
  • redo log：属于InnoDB引擎，写满后擦除重写，是物理日志。
  • 两段提交：让bin和redo保持一致。
• Undo log：修改记录的链表，版本链、

索引：

• 哈希表只适用于等值查询，使用b+树，具有与二叉排序树相似的特点与性能，但层数更低，更适合于在硬盘中存储。
• 为什么不使用红黑树？
  • 红黑树层数高、结点多、访问磁盘IO次数多，B+树索引在设计时，一个结点就是磁盘中的一页，也就是一个结点只需要一次IO。
• B 树& B+树两者有何异同呢？
  • B 树的所有节点都存放数据(data)，而 B+树只有叶子节点data，其他内节点只存放 key。这样内结点每个页可以存放更多的索引。相同高度b+树能够存放更多记录，也就是能降低树的高度
  • B 树的叶子节点都是独立的;B+树的叶子节点有一条引用链指向与它相邻的叶子节点。
  • B 树的检索的过程相当于对范围内的每个节点的关键字做二分查找，需要进行大量的回溯。而 B+树，从根节点到叶子节点后，因为顺序访问指针，所以范围查找很方便。
• 主键索引：随表建立，建立在主键上，不允许索引值出现空。
• 唯一索引：建立在unique字段上的索引，允许有空。
• 聚集/非聚集索引：是否在索引中存放数据。
  • 聚集：定位快，定位到索引就定位到数据。依赖有序索引（主键使用AUTO_INCREMENT的原因）。更新代价大。InnoDB
  • 非聚集：叶子结点不存放数据，只存放指向数据的指针 或主键。更新代价小。一般会需要进行回查，也就是找两遍树。MyISAM
• 覆盖索引：覆盖索引即需要查询的字段正好是索引的字段，那么直接根据该索引，就可以查到数据了， 而无需回表查询。可以在常用查询上建立覆盖索引，比如通过电话号码查询姓名。
• 前缀索引：字符串或者二进制作为索引时，只索引部分前缀，以减少计算和存储的开销。但无法order和group
• 全文索引：在需要进行全文检索的场景中
• 最左前缀：多字段建立联合索引是按照最左字段排的索引顺序。因此，在查询时，一定要带上联合索引中的最左字段，否则不会走索引。
• 索引下推：在非主键索引上，查询多个条件的时候，预先对后续条件进行判断，减少回查次数。

建立索引的原则：

• 有序、连续、重复值很少的字段适合建索引，比如自增ID。
  • 分布过于离散且数值过大的字段不要建索引：身份证号、uuid
  • 重复值太多的列不要建索引
  • 区分度太低的列不要建
  • 定义为text image bit 的字段不要建立索引
  • 频繁更新的字段不要建立索引
• 定义为外键的列一定要创建索引
• 长字符串中，建立前缀索引
• 尽量扩展索引 而不是新建索引。

InnoDB页：在存储和查询时按页，从磁盘中存取（默认16kb）。B+树的实现

• 页头：前驱后继指针。
• UserRecord：以链表存储数据。在插入时默认保持主键有序（使用自增ID的原因）。
• 页目录：提高链表查询效率
• 页扩充：开新页增加记录时，用指针指向新页，仍然要保持有序，因此新记录有可能存放于旧页，而旧页中的某记录可能被挪至新页（使用自增ID的原因）
• 建立页目录的目录。（成为B+树了）

其他引擎：

• MyISAM: 不支持行级锁。不支持事务。不支持安全恢复。不支持外键。使用非聚集索引。
• Memory：使用哈希存储数据，存在内存中。

VARCHAR：一个字符占用3个字节，最多2^16=65536个字节。

一条记录中除text、blob外所有字段的字节数和不能超过65536.

如何提高insert性能？

• • • 索引失效：
• 建立了联合索引，但查询where 没有查最左字段
  • 如建立了abc的索引，但只查询bc。因为索引是根据最左前缀原则建立的。
• 在范围查找时，如select的字段没有建立索引，且范围内数据比较多
  • 如select * where b>2。可以在b索引中找到b>2的所有主键然后回表，也可以直接在主键索引中全表扫描。若范围内数据比较多，那么走索引因为回表次数很多，并不一定比全表扫描快。
• order by的某字段没有建立索引。
• 在where中对字段进行了类型转换/运算/函数。如索引是用varchar建立的，而where中用得是整型数条件，相当于进行了类型转换。char字母默认转为数字0。 char数字默认转为相应数字。
• where中使用了like '%‘开头。
• 在where中使用or时，两边其中有一个字段没有创建索引，另一个字段有索引也会失效。应当使用union。

Explain select *：执行计划

• id:查询语句的id（自增）
• type：MySQL Explain 之 type 详解 | MySQL 技术论坛 (learnku.com)
  • const、唯一索引、范围查找、索引全扫描、全表扫描
• possible_keys:可能会使用的索引（但可能失效而不使用）
• key：使用的索引
• key_len:命中了几个索引
• rows：select会扫描的行数
• filtered：返回行数/rows的百分比

分库分表：

• 主从赋值读写分离：使用多个从库副本（Slaver）负责读，使用主库（Master）负责写。并通过bin log对从库进行同步更新。
• 垂直切分：字段很多，将不常用或字段长度较大的字段拆分出去到扩展表中，实际上是对业务进行解耦合，更便于开发与维护，也能避免跨页问题，一条记录占用空间过大会导致跨页，造成额外的性能开销。另外数据库以行为单位加载到内存中，表中字段长度较短的话，内存能加载更多的数据，命中率更高，减少了磁盘IO，从而提升了数据库性能。
• 水平分库：垂直切分后，无法解决数据库或表行数过多，进行水平切分，并可以在不同机器存储。有效缓解单机单库带来的性能瓶颈和压力。范围切分、hash取模切分、时空切分。但需要解决分布式事务、无法跨库使用join