MySQL 数据库基础知识
1.为什么要使用数据库
1.1 数据保存在内存
优点： 存取速度快
缺点： 数据不能永久保存
1.2 数据保存在文件
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
1.3 数据保存在数据库
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
2.什么是SQL？
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。
3.什么是MySQL?
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。
4.数据库三大范式是什么
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。
5.MySQL有关权限的表都有哪几个
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：
- user权限表：记录允许连接到服务器的用户帐号信息，里面的权限是全局级的。
- db权限表：记录各个帐号在各个数据库上的操作权限。
- table_priv权限表：记录数据表级的操作权限。
- columns_priv权限表：记录数据列级的操作权限
- host权限表：配合db权限表对给定主机上数据库级操作权限作更细致的控制。这个权限表不受GRANT和REVOKE语句的影响。
6.MySQL的binlog有几种录入格式？分别有什么区别？
有三种格式，statement，row和mixed。
- statement模式下，每一条会修改数据的sql都会记录在binlog中。不需要记录每一行的变化，减少了binlog日志量，节约了IO，提高性能。由于sql的执行是有上下文的，因此在保存的时候需要保存相关的信息，同时还有一些使用了函数之类的语句无法被记录复制。
- row级别下，不记录sql语句上下文相关信息，仅保存哪条记录被修改。记录单元为每一行的改动，基本是可以全部记下来但是由于很多操作，会导致大量行的改动(比如alter table)，因此这种模式的文件保存的信息太多，日志量太大。
- mixed，一种折中的方案，普通操作使用statement记录，当无法使用statement的时候使用row。
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。
7.数据类型
7.1 MySQL有哪些数据类型
| 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) | |
| bigint(long) | ||
| 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 |
- 1、整数类型，包括TINYINT、SMALLINT、MEDIUMINT、INT、BIGINT，分别表示1字节、2字节、3字节、4字节、8字节整数。任何整数类型都可以加上UNSIGNED属性，表示数据是无符号的，即非负整数。
长度：整数类型可以被指定长度，例如：INT(11)表示长度为11的INT类型。长度在大多数场景是没有意义的，它不会限制值的合法范围，只会影响显示字符的个数，而且需要和UNSIGNED ZEROFILL属性配合使用才有意义。
例子，假定类型设定为INT(5)，属性为UNSIGNED ZEROFILL，如果用户插入的数据为12的话，那么数据库实际存储数据为00012。 - 2、实数类型，包括FLOAT、DOUBLE、DECIMAL。
DECIMAL可以用于存储比BIGINT还大的整型，能存储精确的小数。
而FLOAT和DOUBLE是有取值范围的，并支持使用标准的浮点进行近似计算。
计算时FLOAT和DOUBLE相比DECIMAL效率更高一些，DECIMAL你可以理解成是用字符串进行处理。 - 3、字符串类型，包括VARCHAR、CHAR、TEXT、BLOB
VARCHAR用于存储可变长字符串，它比定长类型更节省空间。
VARCHAR使用额外1或2个字节存储字符串长度。列长度小于255字节时，使用1字节表示，否则使用2字节表示。
VARCHAR存储的内容超出设置的长度时，内容会被截断。
CHAR是定长的，根据定义的字符串长度分配足够的空间。
CHAR会根据需要使用空格进行填充方便比较。
CHAR适合存储很短的字符串，或者所有值都接近同一个长度。
CHAR存储的内容超出设置的长度时，内容同样会被截断。
使用策略：
对于经常变更的数据来说，CHAR比VARCHAR更好，因为CHAR不容易产生碎片。
对于非常短的列，CHAR比VARCHAR在存储空间上更有效率。
使用时要注意只分配需要的空间，更长的列排序时会消耗更多内存。
尽量避免使用TEXT/BLOB类型，查询时会使用临时表，导致严重的性能开销。
- 4、枚举类型（ENUM），把不重复的数据存储为一个预定义的集合。
有时可以使用ENUM代替常用的字符串类型。
ENUM存储非常紧凑，会把列表值压缩到一个或两个字节。
ENUM在内部存储时，其实存的是整数。
尽量避免使用数字作为ENUM枚举的常量，因为容易混乱。
排序是按照内部存储的整数。 - 5、日期和时间类型，尽量使用timestamp，空间效率高于datetime，
用整数保存时间戳通常不方便处理。
如果需要存储微妙，可以使用bigint存储。
看到这里，这道真题是不是就比较容易回答了。
8.引擎
8.1 MySQL存储引擎MyISAM与InnoDB区别
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：
- Innodb引擎：Innodb引擎提供了对数据库ACID事务的支持。并且还提供了行级锁和外键的约束。它的设计的目标就是处理大数据容量的数据库系统。
- MyIASM引擎(原本Mysql的默认引擎)：不提供事务的支持，也不支持行级锁和外键。
- MEMORY引擎：所有的数据都在内存中，数据的处理速度快，但是安全性不高
8.2 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 |
8.3 MyISAM索引与InnoDB索引的区别？
- InnoDB索引是聚簇索引，MyISAM索引是非聚簇索引。
- InnoDB的主键索引的叶子节点存储着行数据，因此主键索引非常高效。
- MyISAM索引的叶子节点存储的是行数据地址，需要再寻址一次才能得到数据。
- InnoDB非主键索引的叶子节点存储的是主键和其他带索引的列数据，因此查询时做到覆盖索引会非常高效。
8.4 InnoDB引擎的4大特性
- 插入缓冲（insert buffer)
- 二次写(double write)
- 自适应哈希索引(ahi)
- 预读(read ahead)
8.5 存储引擎选择
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。
9.索引
9.1 什么是索引？
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。
9.2 索引有哪些优缺点？
索引的优点
- 可以大大加快数据的检索速度，这也是创建索引的最主要的原因
- 通过使用索引，可以在查询的过程中，使用优化隐藏器，提高系统的性能。
索引的缺点
- 时间方面：创建索引和维护索引要耗费时间，具体地，当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候，索引也要动态的维护，会降低增/改/删的执行效率；
- 空间方面：索引需要占物理空间。
9.3 索引使用场景（重点）
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 'user' add sex char(1);
-- 按sex检索时可选的索引为null
EXPLAIN SELECT * from 'user' 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。
9.4 索引有哪几种类型？
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。
- 可以通过 ALTER TABLE table_name ADD UNIQUE (column); 创建唯一索引
- 可以通过 ALTER TABLE table_name ADD UNIQUE (column1,column2); 创建唯一组合索引
普通索引: 基本的索引类型，没有唯一性的限制，允许为NULL值。
- 可以通过 ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name (column); 创建普通索引
- 可以通过 ALTER TABLE table_name ADD INDEX index_name(column1, column2, column3); 创建组合索引
全文索引： 是目前搜索引擎使用的一种关键技术。
- 可以通过 ALTER TABLE table_name ADD FULLTEXT (column); 创建全文索引
9.5 索引的数据结构（b树，hash）
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。
9.5.1 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：
- 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。
- 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。
- 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。
- B+ 树中，数据对象的插入和删除仅在叶节点上进行。
- 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。
9.5.2 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。
9.6 索引的基本原理
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
- 把创建了索引的列的内容进行排序
- 对排序结果生成倒排表
- 在倒排表内容上拼上数据地址链
- 在查询的时候，先拿到倒排表内容，再取出数据地址链，从而拿到具体数据
9.7 索引算法有哪些？
索引算法有 BTree算法和Hash算法
9.7.1 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 user1 where name like 'jack%';
-- 如果以通配符开头，或者没有使用常量，则不会使用索引，例如：
select * from user1 where name like '%jack';
9.7.2 Hash算法
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，最后才能访问到叶节点这样多次IO访问，所以检索效率远高于BTree索引。
9.8 索引设计的原则？
- 适合索引的列是出现在where子句中的列，或者连接子句中指定的列
- 基数较小的类，索引效果较差，没有必要在此列建立索引
- 使用短索引，如果对长字符串列进行索引，应该指定一个前缀长度，这样能够节省大量索引空间
- 不要过度索引。索引需要额外的磁盘空间，并降低写操作的性能。在修改表内容的时候，索引会进行更新甚至重构，索引列越多，这个时间就会越长。所以只保持需要的索引有利于查询即可。
9.9 创建索引的原则（重中之重）
索引虽好，但也不是无限制的使用，最好符合一下几个原则
- 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。
- 较频繁作为查询条件的字段才去创建索引
- 更新频繁字段不适合创建索引
- 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)
- 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。
- 定义有外键的数据列一定要建立索引。
- 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。
- 对于定义为text、image和bit的数据类型的列不要建立索引。
9.10 创建索引的三种方式，删除索引
- 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)
);
- 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。
- 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。
9.11 创建索引时需要注意什么？
- 非空字段：应该指定列为NOT NULL，除非你想存储NULL。在mysql中，含有空值的列很难进行查询优化，因为它们使得索引、索引的统计信息以及比较运算更加复杂。你应该用0、一个特殊的值或者一个空串代替空值；
- 取值离散大的字段：（变量各个取值之间的差异程度）的列放到联合索引的前面，可以通过count()函数查看字段的差异值，返回值越大说明字段的唯一值越多字段的离散程度高；
- 索引字段越小越好：数据库的数据存储以页为单位一页存储的数据越多一次IO操作获取的数据越大效率越高。
9.12 使用索引查询一定能提高查询的性能吗？为什么
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。
- 索引需要空间来存储，也需要定期维护， 每当有记录在表中增减或索引列被修改时，索引本身也会被修改。 这意味着每条记录的INSERT，DELETE，UPDATE将为此多付出4，5 次的磁盘I/O。 因为索引需要额外的存储空间和处理，那些不必要的索引反而会使查询反应时间变慢。使用索引查询不一定能提高查询性能，索引范围查询(INDEX RANGE SCAN)适用于两种情况:
- 基于一个范围的检索，一般查询返回结果集小于表中记录数的30%
- 基于非唯一性索引的检索
9.13 百万级别或以上的数据如何删除
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。
- 所以我们想要删除百万数据的时候可以先删除索引（此时大概耗时三分多钟）
- 然后删除其中无用数据（此过程需要不到两分钟）
- 删除完成后重新创建索引(此时数据较少了)创建索引也非常快，约十分钟左右。
- 与之前的直接删除绝对是要快速很多，更别说万一删除中断,一切删除会回滚。那更是坑了。
9.14 前缀索引
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）
自增ID的情况下，清空表并让ID从1开始
TRUNCATE TABLE XXX(表名)