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Mysql总结

Mysql总结

事务

事务四大特性

ACID表示原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔离性(isolation)和持久性(durability)
原⼦性: 事务是最⼩的执⾏单位,不允许分割。事务的原⼦性确保动作要么全部完成,要么全不执行
一致性: 执⾏事务前后,数据保持⼀致,多个事务对同⼀个数据读取的结果是相同的;
隔离性: 并发访问数据库时,⼀个⽤户的事务不被其他事务所⼲扰,各并发事务之间数据库是独⽴的;
持久性: ⼀个事务被提交之后。它对数据库中数据的改变是持久的,即使数据库发⽣故障也不应该对其有任何影响。

实现保证:
MySQL的存储引擎InnoDB使用重做日志保证一致性与持久性,回滚日志保证原子性,使用各种锁来保证隔离性。

事务隔离级别

读未提交 READ UNCOMMITTED:最低的隔离级别,允许读取尚未提交的数据变更,可能会导致脏读、幻读或不可重复读。
读已提交 READ COMMITTED:允许读取并发事务已经提交的数据,可以阻⽌脏读,但是幻读或不可重复读仍有可能发⽣。
可重复读 REPEATABLE READ:同⼀字段的多次读取结果都是⼀致的,除⾮数据是被本身事务⾃⼰所修改,可以阻⽌脏读和不可重复读,会有幻读。默认隔离级别
串行化 SERIALIZABLE:最⾼的隔离级别,完全服从ACID的隔离级别。所有的事务依次逐个执⾏,这样事务之间就完全不可能产⽣⼲扰。
在这里插入图片描述

脏读(Drity Read) :某个事务已更新一份数据,另一个事务在此时读取了同一份数据,由于某些原因,前一个RollBack了操作,则后一个事务所读取的数据就会是不正确的。
不可重复读(Non-repeatable read):在一个事务的两次查询之中数据不一致,这可能是两次查询过程中间插入了一个事务更新的原有的数据。
幻读(Phantom Read):在一个事务的两次查询中数据笔数不一致,例如有一个事务查询了几列(Row)数据,而另一个事务却在此时插入了新的几列数据,先前的事务在接下来的查询中,就会发现有几列数据是它先前所没有的。

行锁,表锁,意向锁

共享/排它锁(Shared and Exclusive Locks):行级锁,
意向锁(Intention Locks),表级锁
间隙锁(Gap Locks),锁定一个区间
记录锁(Record Locks),锁定一个行记录

表级锁:(串行化)

Mysql中锁定 粒度最大的一种锁,对当前操作的整张表加锁,实现简单 ,资源消耗也比较少,加锁快,不会出现死锁 。其锁定粒度最大,触发锁冲突的概率最高,并发度最低,MyISAM和 InnoDB引擎都支持表级锁。

行级锁

Mysql中锁定 粒度最小 的一种锁,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,并发度高,但加锁的开销也最大,加锁慢,会出现死锁。 InnoDB支持的行级锁,包括如下几种:

共享锁也叫读锁,是共享的,或者说是相互不阻塞的。多个客户在同一时刻可以同时读取同一个资源,而互不干扰。
排他锁也叫写锁则,也就是说一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁,这是出于安全策略的考虑,只有这样,才能确保在给定的时间里,只有一个用户能执行写入,并防止其他用户读取正在写入的同一资源。
间隙锁(next-key locking)防止幻读的出现

间隙锁使得InnoDB不仅仅锁定查询涉及的行,还会对索引中的间隙进行锁定,以防止幻影行的插入

MVCC多版本并发控制

InnoDB的MVCC,是通过在每行记录后面保存系统版本号(可以理解为事务的ID),每开始一个新的事务,系统版本号就会自动递增,事务开始时刻的系统版本号会作为事务的ID。这样可以确保事务读取的行,要么是在事务开始前已经存在的,要么是事务自身插入或者修改过的,防止幻读的产生。
1.MVCC手段只适用于Msyql隔离级别中的读已提交(Read committed)和可重复读(Repeatable Read).
2.Read uncimmitted由于存在脏读,即能读到未提交事务的数据行,所以不适用MVCC.
3.简单的select快照度不会加锁,删改及select for update等需要当前读的场景会加锁
原因是MVCC的创建版本和删除版本只要在事务提交后才会产生。客观上,mysql使用的是乐观锁的一整实现方式,就是每行都有版本号,保存时根据版本号决定是否成功。Innodb的MVCC使用到的快照存储在Undo日志中,该日志通过回滚指针把一个数据行所有快照连接起来。
版本链
在InnoDB引擎表中,它的聚簇索引记录中有两个必要的隐藏列:
trx_id
这个id用来存储的每次对某条聚簇索引记录进行修改的时候的事务id。
roll_pointer
每次对哪条聚簇索引记录有修改的时候,都会把老版本写入undo日志中。这个roll_pointer就是存了一个指针,它指向这条聚簇索引记录的上一个版本的位置,通过它来获得上一个版本的记录信息。(注意插入操作的undo日志没有这个属性,因为它没有老版本)
每次修改都会在版本链中记录。SELECT可以去版本链中拿记录,这就实现了读-写,写-读的并发执行,提升了系统的性能。

索引

Innodb和Myisam引擎

Myisam:支持表锁,适合读密集的场景,不支持外键,不支持事务,索引与数据在不同的文件
Innodb:支持行、表锁,默认为行锁,适合并发场景,支持外键,支持事务,索引与数据同一文件

哈希索引

哈希索引用索引列的值计算该值的hashCode,然后在hashCode相应的位置存执该值所在行数据的物理位置,因为使用散列算法,因此访问速度非常快,但是一个值只能对应一个hashCode,而且是散列的分布方式,因此哈希索引不支持范围查找和排序的功能。

B+树索引

优点:
B+树的磁盘读写代价低,更少的查询次数,查询效率更加稳定,有利于对数据库的扫描
B+树是B树的升级版,B+树只有叶节点存放数据,其余节点用来索引。索引节点可以全部加入内存,增加查询效率,叶子节点可以做双向链表,从而提高范围查找的效率,增加的索引的范围。
在大规模数据存储的时候,红黑树往往出现由于树的深度过大而造成磁盘IO读写过于频繁,进而导致效率低下的情况。所以,只要我们通过某种较好的树结构减少树的结构尽量减少树的高度,B树与B+树可以有多个子女,从几十到上千,可以降低树的高度。
磁盘预读原理:将一个节点的大小设为等于一个页,这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入。为了达到这个目的,在实际实现B-Tree还需要使用如下技巧:每次新建节点时,直接申请一个页的空间,这样就保证一个节点物理上也存储在一个页里,加之计算机存储分配都是按页对齐的,就实现了一个node只需一次I/O。

聚簇索引和非聚簇索引

聚簇索引:

将数据存储与索引放到了一块,索引结构的叶子节点保存了行数据。一个表只能有一个聚簇索引。

InnoDB默认将主键作为聚簇索引,如果没有定义主键,InnoDB会选择一个唯一的非空索引代替。如果没有这样的索引,InnoDB会隐式定义一个主键来作为聚簇索引。InnoDB只聚集在同一个页面中的记录。包含相邻键值的页面可能会相距甚远。

  • 页分裂

当行的主键值要求必须将这一行插入到某个已满的页中时,存储引擎会将该页分裂成两个页面来容纳该行,这就是一次页分裂操作。页分裂会导致表占用更多的磁盘空间

非聚簇索引

将数据与索引分开存储,索引结构的叶子节点指向了数据对应的位置

二级索引(secondary index,非主键索引)中必须包含主键列,所以如果主键列很大的话,其他的所有索引都会很大。因此,若表上的索引较多的话,主键应当尽可能的小 。

二级索引需要两次索引查找 : 二级索引叶子节点保存的不是指向行的物理位置的指针,而是行的主键值。
这意味着通过二级索引查找行,存储引擎需要找到二级索引的叶子节点获得对应的主键值,然后根据这个值去聚簇索引中查找到对应的行.

范式和反范式

①第一范式(1NF)列不可分割
②第二范式(2NF)属性完全依赖于主键
③第三范式(3NF)属性不依赖于其它非主属性

SQL查询

SQL语句的执行过程

①通过客户端/服务器通信协议与 MySQL 建立连接。并查询是否有权限
②Mysql8.0之前开看是否开启缓存,开启了 Query Cache 且命中完全相同的 SQL 语句,则将查询结果直接返回给客户端;
③由解析器进行语法语义解析,并生成解析树。如查询是select、表名tb_student、条件是id=‘1’
④查询优化器生成执行计划。根据索引看看是否可以优化
⑤查询执行引擎执行 SQL 语句,根据存储引擎类型,得到查询结果。若开启了 Query Cache,则缓存,否则直接返回。

回表查询和覆盖索引

非聚簇索引需要扫描两遍索引树
(1)先通过普通索引定位到主键值id=5;
(2)在通过聚集索引定位到行记录;
这就是所谓的回表查询,先定位主键值,再定位行记录,它的性能较扫一遍索引树更低。
覆盖索引:主键索引聚簇索引覆盖索引
如果where条件的列和返回的数据在一个索引中,那么不需要回查表,那么就叫覆盖索引。
实现覆盖索引:常见的方法是,将被查询的字段,建立到联合索引里去。

Explain及优化

参考:https://www.jianshu.com/p/8fab76bbf448

索引优化:

①最左前缀索引:like只用于’string%',语句中的=和in会动态调整顺序
②唯一索引:唯一键区分度在0.1以上
③无法使用索引:!= 、is null 、 or、>< 、(5.7以后根据数量自动判定)in 、not in
④联合索引:避免select * ,查询列使用覆盖索引

语句优化:

①char固定长度查询效率高,varchar第一个字节记录数据长度
②应该针对Explain中Rows增加索引
③group/order by字段均会涉及索引
④Limit中分页查询会随着start值增大而变缓慢,通过子查询+表连接解决
⑤count会进行全表扫描,如果估算可以使用explain
⑥delete删除表时会增加大量undo和redo日志, 确定删除可使用trancate

表结构优化:

①单库不超过200张表
②单表不超过500w数据
③单表不超过40列
④单表索引不超过5个

集群

MySQl主从复制过程

  • 原理:将主服务器的binlog日志复制到从服务器上执行一遍,达到主从数据的一致状态。
  • 过程:从库开启一个I/O线程,向主库请求Binlog日志。主节点开启一个binlog dump线程,检查自己的二进制日志,并发送给从节点;从库将接收到的数据保存到中继日志(Relay log)中,另外开启一个SQL线程,把Relay中的操作在自身机器上执行一遍
  • 优点:
    • 作为备用数据库,并且不影响业务
    • 可做读写分离,一个写库,一个或多个读库,在不同的服务器上,充分发挥服务器和数据库的性能,但要保证数据的一致性

binlog记录格式:statement、row、mixed
基于语句statement的复制、基于行row的复制、基于语句和行(mix)的复制。其中基于row的复制方式更能保证主从库数据的一致性,但日志量较大,在设置时考虑磁盘的空间问题。

数据一致性问题

“主从复制有延时”,这个延时期间读取从库,可能读到不一致的数据。

缓存记录写key法:

在cache里记录哪些记录发生过的写请求,来路由读主库还是读从库

异步复制:

在异步复制中,主库执行完操作后,写入binlog日志后,就返回客户端,这一动作就结束了,并不会验证从库有没有收到,完不完整,所以这样可能会造成数据的不一致。

半同步复制:

当主库每提交一个事务后,不会立即返回,而是等待其中一个从库接收到Binlog并成功写入Relay-log中才返回客户端,通过一份在主库的Binlog,另一份在其中一个从库的Relay-log,可以保证了数据的安全性和一致性。

全同步复制:

指当主库执行完一个事务,所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回,所以全同步复制的性能必然会收到严重的影响。

线上故障及优化

是这个么场景。有个同学是这样写代码逻辑的。先插入一条数据,再把它查出来,然后更新这条数据。在生产环境高峰期,写并发达到了 2000/s,这个时候,主从复制延时大概是在小几十毫秒。线上会发现,每天总有那么一些数据,我们期望更新一些重要的数据状态,但在高峰期时候却没更新。用户跟客服反馈,而客服就会反馈给我们。
解决方案

  • 分库,拆分为多个主库,每个主库的写并发就减少了几倍,主从延迟可以忽略不计。
  • 重写代码,写代码的同学,要慎重,插入数据时立马查询可能查不到。
  • 如果确实是存在必须先插入,立马要求就查询到,然后立马就要反过来执行一些操作,对这个查询设置直连主库或者延迟查询。主从复制延迟一般不会超过50ms
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