一天吃透MySQL面试八股文_数据库面试八股文

什么是MySQL

MySQL是一个关系型数据库，它采用表的形式来存储数据。你可以理解成是Excel表格，既然是表的形式存储数据，就有表结构（行和列）。行代表每一行数据，列代表该行中的每个值。列上的值是有数据类型的，比如：整数、字符串、日期等等。

数据库的三大范式

第一范式1NF

确保数据库表字段的原子性。

比如字段 userInfo: 广东省 10086' ，依照第一范式必须拆分成 userInfo: 广东省 userTel:10086两个字段。

第二范式2NF

首先要满足第一范式，另外包含两部分内容，一是表必须有一个主键；二是非主键列必须完全依赖于主键，而不能只依赖于主键的一部分。

举个例子。假定选课关系表为student_course(student_no, student_name, age, course_name, grade, credit)，主键为(student_no, course_name)。其中学分完全依赖于课程名称，姓名年龄完全依赖学号，不符合第二范式，会导致数据冗余（学生选n门课，姓名年龄有n条记录）、插入异常（插入一门新课，因为没有学号，无法保存新课记录）等问题。

应该拆分成三个表：学生：student(stuent_no, student_name, 年龄)；课程：course(course_name, credit)；选课关系：student_course_relation(student_no, course_name, grade)。

第三范式3NF

首先要满足第二范式，另外非主键列必须直接依赖于主键，不能存在传递依赖。即不能存在：非主键列 A 依赖于非主键列 B，非主键列 B 依赖于主键的情况。

假定学生关系表为Student(student_no, student_name, age, academy_id, academy_telephone)，主键为"学号"，其中学院id依赖于学号，而学院地点和学院电话依赖于学院id，存在传递依赖，不符合第三范式。

可以把学生关系表分为如下两个表：学生：(student_no, student_name, age, academy_id)；学院：(academy_id, academy_telephone)。

2NF和3NF的区别？

• 2NF依据是非主键列是否完全依赖于主键，还是依赖于主键的一部分。
• 3NF依据是非主键列是直接依赖于主键，还是直接依赖于非主键。

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事务的四大特性？

事务特性ACID：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。

• 原子性是指事务包含的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚。
• 一致性是指一个事务执行之前和执行之后都必须处于一致性状态。比如a与b账户共有1000块，两人之间转账之后无论成功还是失败，它们的账户总和还是1000。
• 隔离性。跟隔离级别相关，如read committed，一个事务只能读到已经提交的修改。
• 持久性是指一个事务一旦被提交了，那么对数据库中的数据的改变就是永久性的，即便是在数据库系统遇到故障的情况下也不会丢失提交事务的操作。

事务隔离级别有哪些？

先了解下几个概念：脏读、不可重复读、幻读。

• 脏读是指在一个事务处理过程里读取了另一个未提交的事务中的数据。
• 不可重复读是指在对于数据库中的某行记录，一个事务范围内多次查询却返回了不同的数据值，这是由于在查询间隔，另一个事务修改了数据并提交了。
• 幻读是当某个事务在读取某个范围内的记录时，另外一个事务又在该范围内插入了新的记录。对幻读的正确理解是一个事务内的读取操作的结论不能支撑之后业务的执行。假设事务要新增一条记录，主键为id，在新增之前执行了select，没有发现id为xxx的记录，但插入时出现主键冲突，这就属于幻读，读取不到记录却发现主键冲突是因为记录实际上已经被其他的事务插入了，但当前事务不可见。

不可重复读和脏读的区别是，脏读是某一事务读取了另一个事务未提交的脏数据，而不可重复读则是读取了前一事务提交的数据。

事务隔离就是为了解决上面提到的脏读、不可重复读、幻读这几个问题。

MySQL数据库为我们提供的四种隔离级别：

• Serializable (串行化)：通过强制事务排序，使之不可能相互冲突，从而解决幻读问题。
• Repeatable read (可重复读)：MySQL的默认事务隔离级别，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行，解决了不可重复读的问题。
• Read committed (读已提交)：一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。可避免脏读的发生。
• Read uncommitted (读未提交)：所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。

查看隔离级别：

select @@transaction_isolation;

设置隔离级别：

set session transaction isolation level read uncommitted;

生产环境数据库一般用的什么隔离级别呢？

生产环境大多使用RC。为什么不是RR呢？

可重复读(Repeatable Read)，简称为RR
读已提交(Read Commited)，简称为RC

缘由一：在RR隔离级别下，存在间隙锁，导致出现死锁的几率比RC大的多！
缘由二：在RR隔离级别下，条件列未命中索引会锁表！而在RC隔离级别下，只锁行!

也就是说，RC的并发性高于RR。

并且大部分场景下，不可重复读问题是可以接受的。毕竟数据都已经提交了，读出来本身就没有太大问题！

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编码和字符集的关系

我们平时可以在编辑器上输入各种中文英文字母，但这些都是给人读的，不是给计算机读的，其实计算机真正保存和传输数据都是以二进制0101的格式进行的。

那么就需要有一个规则，把中文和英文字母转化为二进制。其中d对应十六进制下的64，它可以转换为01二进制的格式。于是字母和数字就这样一一对应起来了，这就是ASCII编码格式。

它用一个字节，也就是8位来标识字符，基础符号有128个，扩展符号也是128个。也就只能表示下英文字母和数字。

这明显不够用。于是，为了标识中文，出现了GB2312的编码格式。为了标识希腊语，出现了greek编码格式，为了标识俄语，整了cp866编码格式。

为了统一它们，于是出现了Unicode编码格式，它用了2~4个字节来表示字符，这样理论上所有符号都能被收录进去，并且它还完全兼容ASCII的编码，也就是说，同样是字母d，在ASCII用64表示，在Unicode里还是用64来表示。

但不同的地方是ASCII编码用1个字节来表示，而Unicode用则两个字节来表示。

同样都是字母d，unicode比ascii多使用了一个字节，如下：

D   ASCII:           01100100
D Unicode:  00000000 01100100

可以看到，上面的unicode编码，前面的都是0，其实用不上，但还占了个字节，有点浪费。如果我们能做到该隐藏时隐藏，这样就能省下不少空间，按这个思路，就是就有了UTF-8编码。

总结一下，按照一定规则把符号和二进制码对应起来，这就是编码。而把n多这种已经编码的字符聚在一起，就是我们常说的字符集。

比如utf-8字符集就是所有utf-8编码格式的字符的合集。

想看下mysql支持哪些字符集。可以执行 show charset;

utf8和utf8mb4的区别

上面提到utf-8是在unicode的基础上做的优化，既然unicode有办法表示所有字符，那utf-8也一样可以表示所有字符，为了避免混淆，我在后面叫它大utf8。

mysql支持的字符集中有utf8和utf8mb4。

先说utf8mb4编码，mb4就是most bytes 4的意思，从上图最右边的Maxlen可以看到，它最大支持用4个字节来表示字符，它几乎可以用来表示目前已知的所有的字符。

再说mysql字符集里的utf8，它是数据库的默认字符集。但注意，此utf8非彼utf8，我们叫它小utf8字符集。为什么这么说，因为从Maxlen可以看出，它最多支持用3个字节去表示字符，按utf8mb4的命名方式，准确点应该叫它utf8mb3。

utf8 就像是阉割版的utf8mb4，只支持部分字符。比如emoji表情，它就不支持。

而mysql支持的字符集里，第三列，collation，它是指字符集的比较规则。

比如，"debug"和"Debug"是同一个单词，但它们大小写不同，该不该判为同一个单词呢。

这时候就需要用到collation了。

通过SHOW COLLATION WHERE Charset = 'utf8mb4';可以查看到utf8mb4下支持什么比较规则。

如果collation = utf8mb4_general_ci，是指使用utf8mb4字符集的前提下，挨个字符进行比较（general），并且不区分大小写（_ci，case insensitice）。

这种情况下，"debug"和"Debug"是同一个单词。

如果改成collation=utf8mb4_bin，就是指挨个比较二进制位大小。

于是"debug"和"Debug"就不是同一个单词。

那utf8mb4对比utf8有什么劣势吗？

我们知道数据库表里，字段类型如果是char(2)的话，里面的2是指字符个数，也就是说不管这张表用的是什么编码的字符集，都能放上2个字符。

而char又是固定长度，为了能放下2个utf8mb4的字符，char会默认保留2*4（maxlen=4）= 8个字节的空间。

如果是utf8mb3，则会默认保留 2 * 3 (maxlen=3) = 6个字节的空间。也就是说，在这种情况下，utf8mb4会比utf8mb3多使用一些空间。

索引

什么是索引？

索引是存储引擎用于提高数据库表的访问速度的一种数据结构。它可以比作一本字典的目录，可以帮你快速找到对应的记录。

索引一般存储在磁盘的文件中，它是占用物理空间的。

索引的优缺点？

优点：

• 加快数据查找的速度
• 为用来排序或者是分组的字段添加索引，可以加快分组和排序的速度
• 加快表与表之间的连接

缺点：

• 建立索引需要占用物理空间
• 会降低表的增删改的效率，因为每次对表记录进行增删改，需要进行动态维护索引，导致增删改时间变长

索引的作用？

数据是存储在磁盘上的，查询数据时，如果没有索引，会加载所有的数据到内存，依次进行检索，读取磁盘次数较多。有了索引，就不需要加载所有数据，因为B+树的高度一般在2-4层，最多只需要读取2-4次磁盘，查询速度大大提升。

什么情况下需要建索引？

1. 经常用于查询的字段
2. 经常用于连接的字段建立索引，可以加快连接的速度
3. 经常需要排序的字段建立索引，因为索引已经排好序，可以加快排序查询速度

什么情况下不建索引？

1. where条件中用不到的字段不适合建立索引
2. 表记录较少。比如只有几百条数据，没必要加索引。
3. 需要经常增删改。需要评估是否适合加索引
4. 参与列计算的列不适合建索引
5. 区分度不高的字段不适合建立索引，如性别，只有男/女/未知三个值。加了索引，查询效率也不会提高。

索引的数据结构

索引的数据结构主要有B+树和哈希表，对应的索引分别为B+树索引和哈希索引。InnoDB引擎的索引类型有B+树索引和哈希索引，默认的索引类型为B+树索引。

B+树索引

B+ 树是基于B 树和叶子节点顺序访问指针进行实现，它具有B树的平衡性，并且通过顺序访问指针来提高区间查询的性能。

在 B+ 树中，节点中的 key 从左到右递增排列，如果某个指针的左右相邻 key 分别是 keyi 和 keyi+1，则该指针指向节点的所有 key 大于等于 keyi 且小于等于 keyi+1。

进行查找操作时，首先在根节点进行二分查找，找到key所在的指针，然后递归地在指针所指向的节点进行查找。直到查找到叶子节点，然后在叶子节点上进行二分查找，找出key所对应的数据项。

MySQL 数据库使用最多的索引类型是BTREE索引，底层基于B+树数据结构来实现。

mysql> show index from blog\G;
*************************** 1. row ***************************
        Table: blog
   Non_unique: 0
     Key_name: PRIMARY
 Seq_in_index: 1