想进大厂？还不看看Mysql底层！

写在前面

本文，我们一起来探讨一下Mysql相关知识，对Mysql的底层和调优进行梳理。如有错误或有补充，欢迎留言！！！关于Mysql的基本使用，以及增删改查的语句，这里就不做说明了。

Mysql存储引擎

mysql的存储引擎包括：MyISAM、InnoDB、BDB、MEMORY、MERGE、EXAMPLE、NDBCluster、ARCHIVE、CSV、BLACKHOLE、FEDERATED等。默认是InnoDB，本文主要围绕MyISAM、InnoDB这两种存储引擎进行讲解，其他存储引擎暂不讲解。
存储引擎是基于表的，也就是说，不同的表可以指定不同的存储引擎。

InnoDB与MyISAM对比

索引是什么

索引是帮助MySQL高效获取数据的排好序的数据结构。
简单点：索引是数据结构。
索引的结构有：二叉树，红黑树，HASH，BTree等。MySQL中BTree索引使用的是B树中的B+Tree。但是对于MyISAM、InnoDB这两种主要的存储引擎来说，具体实现是不一样的。

为什么是B+树

1. B+树的磁盘读写代价更低：B+树节点不存储指针，只存储索引；
2. B+树更加支持范围查找：只需要去遍历叶子节点就可以对整棵树遍历：

MyISAM“非聚簇索引”

MyISAM索引文件和数据文件是分离的。
例如有个teacher表，它的存储引擎是MyISAM，他会有两个文件，一个MYI,一个MYD，MYI存放的是索引，MYD文件存放的是data数据。

这个图有些问题，叶子节点会通过双向链表相连。

InnoDB“聚簇索引”

数据文件本身就是索引文件
表数据文件本身就是按B+Tree组织的一个索引结构文件
聚集索引-叶节点包含了完整的数据记录

同上图，叶子节点不是通过单向链表相连，而是双向链表。
没有主键，更新或删除表中特定行很困难，因为没有安全的方法保证只设计相关的行。

辅助索引

innodb辅助索引，叶子节点不存储具体的数据，只存储主键的值。
为什么非主键索引结构叶子节点存储的是主键值？

1. 一致性：两份文件都有具体信息，增删改操作就必须考虑一致性问题。
2. 节约存储空间

联合索引

• 最左前缀原则
  创建复合索引时应该将最常用（频率）作限制条件的列放在最左边，依次递减。
  

谈谈Explain

使用EXPLAIN关键字可以模拟优化器执行SQL语句，从而知道MySQL是 如何处理你的SQL语句的。分析你的查询语句或是结构的性能瓶颈 。
例如输入一条SQL语句：

explain select * from actor; 

会出现下面的一张表：

1. id列：id列的编号是 select 的序列号，id列越大执行优先级越高，id相同则从上往下执行，id为NULL最后执行；
2. select_type列：select_type 表示对应行是简单还是复杂的查询，总共的类别分别是，simple：简单查询；primary：复杂查询中最外层的 select；subquery：包含在 select 中的子查询（不在 from 子句中）；derived：包含在 from 子句中的子查询；union：在 union 中的第二个和随后的 select；union result：从 union 临时表检索结果的 select；
3. table列：这一列表示 explain 的一行正在访问哪个表；
4. type列：这一列表示关联类型或访问类型，即MySQL决定如何查找表中的行，查找数据行记录的大概范围。依次从最优到最差分别为：system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL。一般来说，得保证查询达到range级别，最好达到ref；
5. possible_keys列：这一列显示查询可能使用哪些索引来查找；
6. key列：这一列显示mysql实际采用哪个索引来优化对该表的访问；
7. key_len列：这一列显示了mysql在索引里使用的字节数，通过这个值可以算出具体使用了索引中的哪些列；
8. ref列：这一列显示了在key列记录的索引中，表查找值所用到的列或常量；
9. rows列：这一列是mysql估计要读取并检测的行数，注意这个不是结果集里的行数；
10. Extra列：这一列展示的是额外信息。 常见的有：Using index，Using where，Using where Using index，NULL，Using index condition，Using temporary，Using filesort。

个人见解：Explain对于Java开发工程师来说，了解就好，公司里有个专门的职位叫DBA，他们可能对这个使用的较多。而且概念复杂，需要长时间的使用才能了解其中的原理，Java开发着重还是要知道，索引和事务这两块内容。（如有不同见解，欢迎留言，评论）

优化技巧

1. 全值匹配；
2. 最佳左前缀法则： 如果索引了多列，要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列；
3. 不在索引列上做任何操作（计算、函数、（自动or手动）类型转换），会导致索引失效而转向全表扫描；
4. 存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列；
5. 尽量使用覆盖索引（只访问索引的查询（索引列包含查询列）），减少select *语句；
6. mysql在使用不等于（！=或者<>）的时候无法使用索引会导致全表扫描；
7. is null,is not null 也无法使用索引；
8. like以通配符开头（’$abc…’）mysql索引失效会变成全表扫描操作；
9. 字符串不加单引号索引失效；
10. 少用or,用它连接时很多情况下索引会失效；
    还有一些具体的优化技巧，可以看我上传的资料。
    SQL优化军规

Mysql事务

事务的四大特性：ACID

• 原子性（Atomicity） ：最小的工作单元，整个工作单元要么一起提交成功，要么全部失败回滚 ；
• 一致性（Consistency） ：事务中操作的数据及状态改变是一致的，即写入资料的结果必须完全符合预设的规则， 不会因为出现系统意外等原因导致状态的不一致；
• 隔离性（Isolation） ：一个事务所操作的数据在提交之前，对其他事务的可见性设定（一般设定为不可见）；
• 持久性（Durability） ：事务所做的修改就会永久保存，不会因为系统意外导致数据的丢失。

事务并发带来的问题

1. 脏读：在事务A修改数据之后提交数据之前，这时另一个事务B来读取数据，如果不加控制，事务B读取到A修改过数据，之后A又对数据做了修改再提交，则B读到的数据是脏数据，此过程称为脏读Dirty Read。
2. 不可重复读：一个事务内在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了变更、或者某些记录已经被删除了。
3. 幻读：事务A在按查询条件读取某个范围的记录时，事务B又在该范围内插入了新的满足条件的记录，当事务A再次按条件查询记录时，会产生新的满足条件的记录（幻行 Phantom Row）

不可重复读与幻读有什么区别？

• 不可重复读的重点是修改：在同一事务中，同样的条件，第一次读的数据和第二次读的「数据不一样」。（因为中间有其他事务提交了修改）
• 幻读的重点在于新增或者删除：在同一事务中，同样的条件，第一次和第二次读出来的「记录数不一样」。（因为中间有其他事务提交了插入/删除）

事务的隔离级别

不同的隔离级别带来的问题

注意：Innodb在可重复读这个隔离级别下，使用的是Next-Key Lock算法，因此可以避免幻读的产生。

锁

表锁和行锁：

• 锁定粒度：表锁 > 行锁
• 加锁效率：表锁 > 行锁
• 冲突概率：表锁 > 行锁
• 并发性能：表锁 < 行锁

Mysql Innodb锁的类型

• 共享锁/读锁（行锁）Shared Locks
• 排他锁/写锁（行锁）Exclusive Locks
• 意向共享锁（表锁）：Intention Shared Locks
• 意向排它锁（表锁）：Intention Exclusive Locks
  意向锁(IS、IX)是InnoDB数据操作之前自动加的，不需要用户干预。
  意义：当事务想去进行锁表时，可以先判断意向锁是否存在，存在时则可快速返回该表不能启用表锁（相当于一个标记）
• 自增锁：AUTO-INC Locks
  针对自增列自增长的一个特殊的表级别锁

行锁的算法:

• 记录锁 Record Locks：记录锁锁定索引记录；
• 间隙锁 Gap Locks：间隙锁锁定间隔，防止间隔中被其他事务插入；
• 临键锁 Next-key Locks：临键锁锁定索引记录+间隔，防止幻读；

innodb行锁到底锁了什么

InnoDB的行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的。
只有通过索引条件进行数据检索，InnoDB才使用行级锁，否则，InnoDB 将使用表锁（锁住索引的所有记录）

MVCC？

Multiversion concurrency control (多版本并发控制)
并发访问(读或写)数据库时，对正在事务内处理的数据做多版本的管理。以达到用来避免写操作的堵塞，从而引发读操作的并发问题。
在Mysql中MVCC是在Innodb存储引擎中得到支持的，Innodb为每行记录都实现了三个隐藏字段：

• DB_TRX_ID 数据行的版本号
• DB_ROLL_PTR 删除版本号
• 隐藏的ID

Undo log和Redo log

• undo log指事务开始之前，在操作任何数据之前,首先将需操作的数据备份到一个地方 (Undo Log)。
  Undo Log实现事务原子性： 事务处理过程中如果出现了错误或者用户执行了 ROLLBACK语句,Mysql可以利用Undo Log中的备份 将数据恢复到事务开始之前的状态。
  Undo log实现多版本并发控制： 事务未提交之前，Undo保存了未提交之前的版本数据，Undo 中的数据可作为数据旧版本快照供其他并发事务进行快照读。
  快照读：SQL读取的数据是快照版本，也就是历史版本，普通的SELECT就是快照读。 innodb快照读，数据的读取将由 cache(原本数据) + undo(事务修改过的数据) 两部分组成。
  当前读：SQL读取的数据是最新版本。通过锁机制来保证读取的数据无法通过其他事务进行修改 。UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT … LOCK IN SHARE MODE、SELECT … FOR UPDATE都是当前读。

• redo log又称重做日志文件，用于记录事务操作的变化，记录的是数据修改之后的值，不管事务是否提交都会记录下来。
  Redo Log实现事务持久性： 防止在发生故障的时间点，尚有脏页未写入磁盘，在重启mysql服务的时候，根据redo log进行重做，从而达到事务的未入磁盘数据进行持久化这一特性。

数据库范式

数据库三大范式（1NF、2NF、3NF）
简单点：

1. 每一列只有一个单一的值，不可再拆分；
2. 每一行都有主键能进行区分 ；
3. 每一个表都不包含其他表已经包含的非主键信息。