数据库三范式,存储引擎知识点理解

目录

1.三范式

1.第一范式(确保每列保持原子性)

2.第二范式(确保表中的每列都和主键相关)

3.第三范式(确保每列都和主键列直接相关,而不是间接相关)

2 存储引擎

2.1 存储引擎的特性

2.2 存储引擎特点

2.3 存储引擎选择


1.三范式

设计关系数据库时,遵从不同的规范要求,设计出合理的关系型数据库,这些不同的规范要求被称为不同的范式,各种范式呈递次规范,越高的范式数据库冗余越小。但是有些时候一昧的追求范式减少冗余,反而会降低数据读写的效率,这个时候就要反范式,利用空间来换时间。

1NF:字段不可分;

2NF:有主键,非主键字段依赖主键;

3NF:非主键字段不能相互依赖;

解释:

1NF:原子性 字段不可再分,否则就不是关系数据库;

2NF:唯一性 一个表只说明一个事物;

3NF:每列都与主键有直接关系,不存在传递依赖;

1.第一范式(确保每列保持原子性)

第一范式是最基本的范式。如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原子值,就说明该数据库表满足了第一范式。

第一范式的合理遵循需要根据系统的实际需求来定。比如某些数据库系统中需要用到“地址”这个属性,本来直接将“地址”属性设计成一个数据库表的字段就行。但是如果系统经常会访问“地址”属性中的“城市”部分,那么就非要将“地址”这个属性重新拆分为省份、城市、详细地址等多个部分进行存储,这样在对地址中某一部分操作的时候将非常方便。这样设计才算满足了数据库的第一范式,如下表所示。

数据库三范式,存储引擎知识点理解_第1张图片

上表所示的用户信息遵循了第一范式的要求,这样在对用户使用城市进行分类的时候就非常方便,也提高了数据库的性能。

2.第二范式(确保表中的每列都和主键相关)

第二范式在第一范式的基础之上更进一层。第二范式需要确保数据库表中的每一列都和主键相关,而不能只与主键的某一部分相关(主要针对联合主键而言)。也就是说在一个数据库表中,一个表中只能保存一种数据,不可以把多种数据保存在同一张数据库表中。

比如要设计一个订单信息表,因为订单中可能会有多种商品,所以要将订单编号和商品编号作为数据库表的联合主键,如下表所示。

订单信息表

数据库三范式,存储引擎知识点理解_第2张图片

这样就产生一个问题:这个表中是以订单编号和商品编号作为联合主键。这样在该表中商品名称、单位、商品价格等信息不与该表的主键相关,而仅仅是与商品编号相关。所以在这里违反了第二范式的设计原则。

而如果把这个订单信息表进行拆分,把商品信息分离到另一个表中,把订单项目表也分离到另一个表中,就非常完美了。如下所示。

数据库三范式,存储引擎知识点理解_第3张图片

这样设计,在很大程度上减小了数据库的冗余。如果要获取订单的商品信息,使用商品编号到商品信息表中查询即可。

3.第三范式(确保每列都和主键列直接相关,而不是间接相关)

第三范式需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关,而不能间接相关。

比如在设计一个订单数据表的时候,可以将客户编号作为一个外键和订单表建立相应的关系。而不可以在订单表中添加关于客户其它信息(比如姓名、所属公司等)的字段。如下面这两个表所示的设计就是一个满足第三范式的数据库表。

 

数据库三范式,存储引擎知识点理解_第4张图片

这样在查询订单信息的时候,就可以使用客户编号来引用客户信息表中的记录,也不必在订单信息表中多次输入客户信息的内容,减小了数据冗余。

2 存储引擎

数据库存储引擎:是数据库底层软件组织,数据库管理系统(DBMS)使用数据引擎进行创建、查询、更新和删除数据。不同的存储引擎提供不同的存储机制、索引技巧、锁定水平等功能,使用不同的存储引擎,还可以获得特定的功能。现在许多不同的数据库管理系统都支持多种不同的数据引擎。MySQL的核心就是插件式存储引擎。

MySQL中的数据用各种不同的技术存储在文件(或者内存)中。每一种技术都使用不同的存储机制、索引技巧、锁定水平并且最终提供广泛的不同的功能和能力。通过选择不同的技术,你能够获得额外的速度或者功能,从而改善你的应用的整体功能。例如,你在研究大量的临时数据,你也许需要使用内存MySQL存储引擎。内存存储引擎能够在内存中存储所有的表格数据。又或者,你也许需要一个支持事务处理的数据库(以确保事务处理不成功时数据的回退能力)。

       这些不同的技术以及配套的相关功能在 MySQL中被称作存储引擎(也称作表类型)。 MySQL默认配置了许多不同的存储引擎,可以预先设置或者在MySQL服务器中启用。你可以选择适用于服务器、数据库和表格的存储引擎,以便在选择如何存储你的信息、如何检索这些信息以及你需要你的数据结合什么性能和功能的时候为你提供最大的灵活性。

       关系数据库表是用于存储和组织信息的数据结构,可以将表理解为由行和列组成的表格,类似于Excel的电子表格的形式。有的表简单,有的表复杂,有的表根本不用来存储任何长期的数据,有的表读取时非常快,但是插入数据时去很差;而我们在实际开发过程中,就可能需要各种各样的表,不同的表,就意味着存储不同类型的数据,数据的处理上也会存在着差异,那么。对于MySQL来说,它提供了很多种类型的存储引擎(或者说不通的表类型),我们可以根据对数据处理的需求,选择不同的存储引擎,从而最大限度的利用MySQL强大的功能。

2.1 存储引擎的特性

并发性:某些应用程序比其他应用程序具有很多的颗粒级锁定要求(如行级锁定)。
事务支持:并非所有的应用程序都需要事务,但对的确需要事务的应用程序来说,有着定义良好的需求,如ACID兼容等。
引用完整性:通过DDL定义的外键,服务器需要强制保持关联数据库的引用完整性。
物理存储:它包括各种各样的事项,从表和索引的总的页大小,到存储数据所需的格式,到物理磁盘。
索引支持:不同的应用程序倾向于采用不同的索引策略,每种存储引擎通常有自己的编制索引方法,
但某些索引方法(如B-tree索引)对几乎所有的存储引擎来说是共同的。
内存高速缓冲:与其他应用程序相比,不同的应用程序对某些内存高速缓冲策略的响应更好,因此,
尽管某些内存高速缓冲对所有存储引擎来说是共同的(如用于用户连接的高速缓冲,MySQL的高速查询高速缓冲等),
其他高速缓冲策略仅当使用特殊的存储引擎时才唯一定义。
性能帮助:包括针对并行操作的多I/O线程,线程并发性,数据库检查点,成批插入处理等。
其他目标特性:可能包括对地理空间操作的支持,对特定数据处理操作的安全限制等。

2.2 存储引擎特点

不同的存储引擎都有各自的特点,以适应不同的需求,如下表所示:

功 能

MYISAM

Memory

InnoDB

Archive

存储限制

256TB

RAM

64TB

None

支持事物

No

No

Yes

No

支持全文索引

Yes

No

No

No

支持数索引

Yes

Yes

Yes

No

支持哈希索引

No

Yes

No

No

支持数据缓存

No

N/A

Yes

No

支持外键

No

No

Yes

No

如果要提供提交、回滚、崩溃恢复能力的事务安全(ACID兼容)能力,并要求实现并发控制,InnoDB是一个好的选择

如果数据表主要用来插入和查询记录,则MyISAM引擎能提供较高的处理效率

如果只是临时存放数据,数据量不大,并且不需要较高的数据安全性,可以选择将数据保存到内存中的Memory引擎,MySQL中使用该引擎作为临时表,存放查询的中间结果

如果只是INSERT和SELECT操作,可以选择Archive,Archive支持高并发的插入操作,但是本身不是事务安全的。Archive非常适合存储归档数据,如记录日志信息可以使用Archive

使用哪一种引擎需要灵活选择,一个数据库中多个表可以使用不同引擎以满足各种性能和实际需求,使用合适的存储引擎,将会提高整个数据库的性能

InnoDB存储引擎

InnoDB是事务型数据库的首选引擎,支持事务安全表(ACID),支持行锁定和外键,InnoDB是默认的MySQL引擎。InnoDB主要特征有:

1.InnoDB给MySQL提供了具有提交、回滚和崩溃恢复能力的事务安全(ACID兼容)存储引擎。InnoDB锁定在行级并且也在SELECT语句中提供一个类似Oracle的非锁定读。这些功能增加了多用户部署和性能。在SQL查询中,可以自由地将InnoDB类型的表和其他Mysql的表类型混合起来,甚至在同一个查询中也可以混合。

2.InnoDB是为处理大数据量的最大性能设计。它的CPU效率可能是任何其他基于磁盘的关系型数据库引擎锁不能匹敌的

3.InnoDB存储引擎完全与Mysql服务器整合,InnoDB存储引擎为在主内存中缓存数据和索引而维护它自己的缓存池。InnoDB将它的表和索引在一个逻辑表空间中,表空间可以包含数个文件(或原始磁盘文件)。这与MyISAM表不同,比如在MyISAM表中每个表被存放分离的文件中。InnoDB表可以是任何尺寸,即使在文件尺寸被现在为2GB的操作系统上。

4.InnoDB支持外键完整性约束,存储表中的数据时,每张表的存储都按主键存放,如果没有显示在表定义时指定主键,InnoDB会为每一行生成一个6字节的ROWID,并以此作为主键

5.InnoDB被用在众多需要高性能的大型数据库站点上。

InnoDB不创建目录,使用InnoDB时,MySQL将在Mysql数据目录下创建一个名为ibdata1的10M大小的自动扩展数据文件,以及两个名为ib_logfile()和lib_logfile1的5M大小的日志文件

MyISAM存储引擎

MyISAM基于ISAM存储引擎,并对其进行扩展。它是在Web、数据仓储和其他应用环境下最常使用的存储引擎之一。MyISAM拥有较高的插入、查询速度,但不支持事务。MyISAM主要特征有:

1.大文件(达到63位文件长度)在支持大文件的文件系统和操作系统上被支持。

2.当把删除和更新及插入操作混合使用的时候,动态尺寸的行产生更少碎片。这要通过合并相邻被删除的块,以及若下一个块被删除,就扩展到下一块自动完成

3.每个MyISAM表最大索引数是64,这可以通过重新编译来改变。每个索引最大的列数是16

4.最大的键长度是1000字节,这也可以通过编译来改变,对于键长度超过250字节的情况,一个超过1024字节的键将被用上

5.BLOB和TEXT列可以被索引

6.NULL被允许在索引的列中,这个值占每个键的0~1个字节

7.所有数字键值以高字节优先被存储以允许一个更高的索引压缩

8.每个MyISAM类型的表都有一个AUTO_INCREMENT的内部列,当INSERT和UPDATE操作的时候该列被更新,同时AUTO_INCREMENT列将刷新。所以说,MyISAM类型表的AUTO_INCREMENT列更新比InnoDB类型的AUTO_INCERMENT更快

9.可以吧数据文件和索引文件放在不同目录

10.每个字符列可以有不同的字符集

11.有varchar的表可以固定或动态记录长度

12.varchar和char列可以多达64KB

使用MyISAM引擎创建数据库,将产生3个文件。文件的名称以表名字开始,扩展名之处文件类型:frm文件存储表定义、数据文件的扩展名为MYD(MYData)、索引文件的扩展名时,MYI(MYIndex)

MEMORY存储引擎

MEMORY存储引擎将表中的数据存储到内存中,未查询和引用其他表数据提供快速访问。MEMORY主要特性有:

1.MEMORY表的每个表可以有多达32个索引,每个索引16列,以及500字节的最大键长度

2.MEMORY存储引擎执行HASH和BTREE缩影

3.可以在一个MEMORY表中有非唯一键值

4.MEMORY表使用一个固定的记录长度格式

5.MEMORY不支持BLOB或者TEXT列

6、MEMORY支持AUTO_INCREMENT列和对可包含NULL值的列的索引

7、MEMORY表在所由客户端之间共享(就像其他任何非TEMPORARY表)

8、MEMORY表内存被存储在内存中,内存是MEMORY表和服务器在查询处理时的空闲中,创建的内部表共享

9、当不再需要MEMORY表的内容时,要释放被MEMORY表使用的内存,应该执行DELETE FROM或TRUNCATE TABLE,或者删除整个表(使用DROP TABLE)

2.3 存储引擎选择

存储引擎查看

mysql给开发者提供了查询存储引擎的功能  show  engines

如果想要查看数据库默认使用哪个引擎,可以通过使用命令:show variables like ‘storage_engine’

在MySQL中,不需要再整个服务器中使用同一种存储引擎,针对具体的要求,可以对每一个表使用不同的存储引擎。Support列的值表示某种引擎是否能使用:YES表示可以使用,NO表示不能使用,DEFAULT表示该引擎为当前默认的存储引擎。

  • 创建表并且指定引擎: create table t3 (id int,name char(4)) engine=memory; #(engine = "指定引擎")

  • 在配置文件中指定: default-storage-engine=INNODB #my.ini文件下的[mysqld]

数据库三范式,存储引擎知识点理解_第5张图片

InnoDB: 支持事务处理,支持外键,支持崩溃修复能力和并发控制。如果需要对事务的完整性要求比较高(比如银行),要求实现并发控制(比如售票),那选择InnoDB有很大的优势。如果需要频繁的更新、删除操作的数据库,也可以选择InnoDB,因为支持事务的提交(commit)和回滚(rollback)。

MyISAM: 插入数据快,空间和内存使用比较低。如果表主要是用于插入新记录和读出记录,那么选择MyISAM能实现处理高效率。如果应用的完整性、并发性要求比较低,也可以使用。

MEMORY: 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。如果需要很快的读写速度,对数据的安全性要求较低,可以选择MEMOEY。它对表的大小有要求,不能建立太大的表。所以,这类数据库只使用在相对较小的数据库表。

同一个数据库也可以使用多种存储引擎的表。如果一个表要求比较高的事务处理,可以选择InnoDB。这个数据库中可以将查询要求比较高的表选择MyISAM存储。如果该数据库需要一个用于查询的临时表,可以选择MEMORY存储引擎。

若要修改默认引擎,可以修改配置文件中的default-storage-engine。可以通过:show variables like 'default_storage_engine';查看当前数据库到默认引擎。命令:show engines和show variables like 'have%'可以列出当前数据库所支持到引擎。其中Value显示为disabled的记录表示数据库支持此引擎,而在数据库启动时被禁用。在MySQL5.1以后,INFORMATION_SCHEMA数据库中存在一个ENGINES的表,它提供的信息与show engines;语句完全一样,可以使用下面语句来查询哪些存储引擎支持事物处理:select engine from information_chema.engines where transactions ='yes';

可以通过engine关键字在创建或修改数据库时指定所使用到引擎。

在创建表的时候通过engine=...或type=...来指定所要使用的引擎。show table status from DBname来查看指定表的引擎。

 

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