MySQL 面试准备

以下内容来源自Java 面试指南 | JavaGuide(Java面试 + 学习指南)和自己的学习笔记整理，这里我整理了自己比较感兴趣的点，也有助于我自己理解~

MySQL

基础

关系型数据库

顾名思义，关系型数据库（RDB，Relational Database）就是一种建立在关系模型的基础上的数据库。关系模型表明了数据库中所存储的数据之间的联系（一对一、一对多、多对多）。

关系型数据库中，我们的数据都被存放在了各种表中（比如用户表），表中的每一行就存放着一条数据（比如一个用户的信息）。

关系型数据库表关系

大部分关系型数据库都使用 SQL 来操作数据库中的数据。并且，大部分关系型数据库都支持事务的四大特性(ACID)。

关系型数据库狭义地理解就是通过表和表之间，行和列之间的关系来进行数据的存储，使用行和列来存放数据的数据库。

常见的关系型数据库

MySQL、PostgreSQL、Oracle、SQL Server、SQLite（微信本地的聊天记录的存储就是用的 SQLite） …。

字段类型

char 和 varchar 的区别是什么？

char 和 varchar 是最常用到的字符串类型，两者的主要区别在于：char 是定长字符串，varchar 是变长字符串。

char 在存储时会在右边填充空格以达到指定的长度，检索时会去掉空格；varchar 在存储时需要使用 1 或 2 个额外字节记录字符串的长度，检索时不需要处理。

char 更适合存储长度较短或者长度都差不多的字符串，例如 Bcrypt 算法、MD5 算法加密后的密码、身份证号码。varchar 类型适合存储长度不确定或者差异较大的字符串，例如用户昵称、文章标题等。

char(M) 和 varchar(M) 的 M 都代表能够保存的字符数的最大值，无论是字母、数字还是中文，每个都只占用一个字符。

char是定长字符串，varchar是变长字符串。两者的容量范围都是0-255字符。

varchar(100)和 varchar(10)的区别是什么？

varchar(100)和 varchar(10)都是变长类型，表示能存储最多 100 个字符和 10 个字符。因此，varchar (100) 可以满足更大范围的字符存储需求，有更好的业务拓展性。而 varchar(10)存储超过 10 个字符时，就需要修改表结构才可以。

虽说 varchar(100)和 varchar(10)能存储的字符范围不同，但二者存储相同的字符串，所占用磁盘的存储空间其实是一样的，这也是很多人容易误解的一点。

不过，varchar(100)会消耗更多的内存。这是因为 varchar 类型在内存中操作时，通常会分配固定大小的内存块来保存值，即使用字符类型中定义的长度。例如在进行排序的时候，varchar(100)是按照 100 这个长度来进行的，也就会消耗更多内存。

varchar长度开的大一些的话，有更好的业务拓展性，但是会消耗更多的内存。

decimal 和 float/double 的区别是什么？

decimal 和 float 的区别是：decimal 是定点数，float/double 是浮点数。decimal 可以存储精确的小数值，float/double 只能存储近似的小数值。

decimal 用于存储有精度要求的小数比如与金钱相关的数据，可以避免浮点数带来的精度损失。

在 Java 中，MySQL 的 decimal 类型对应的是 Java 类 java.math.BigDecimal 。

NULL 和 ‘’ 的区别是什么？

NULL 跟 ''(空字符串)是两个完全不一样的值，区别如下：

• NULL 代表一个不确定的值,就算是两个 NULL,它俩也不一定相等。例如，SELECT NULL=NULL的结果为 false，但是在我们使用DISTINCT,GROUP BY,ORDER BY时,NULL又被认为是相等的。
• ''的长度是 0，是不占用空间的，而NULL 是需要占用空间的。
• NULL 会影响聚合函数的结果。例如，SUM、AVG、MIN、MAX 等聚合函数会忽略 NULL 值。 COUNT 的处理方式取决于参数的类型。如果参数是 *(COUNT(*))，则会统计所有的记录数，包括 NULL 值；如果参数是某个字段名(COUNT(列名))，则会忽略 NULL 值，只统计非空值的个数。
• 查询 NULL 值时，必须使用 IS NULL 或 IS NOT NULL 来判断，而不能使用 =、!=、 <、> 之类的比较运算符。而''是可以使用这些比较运算符的。

看了上面的介绍之后，相信你对另外一个高频面试题：“为什么MySQL不建议使用 NULL 作为列默认值？”也有了答案。

也就是说，在MySQL中，NULL代表着一个不确定的值，不确定的值拿去当做列的默认值肯定不合适吧~

''空字符串的长度是0，是不占用空间的，而NULL作为一个不确定的值，是占用空间的。

MySQL基础架构

下图是 MySQL 的一个简要架构图，从下图你可以很清晰的看到客户端的一条 SQL 语句在 MySQL 内部是如何执行的。

从上图可以看出， MySQL 主要由下面几部分构成：

• 连接器： 身份认证和权限相关(登录 MySQL 的时候)。
• 查询缓存： 执行查询语句的时候，会先查询缓存（MySQL 8.0 版本后移除，因为这个功能不太实用）。
• 分析器： 没有命中缓存的话，SQL 语句就会经过分析器，分析器说白了就是要先看你的 SQL 语句要干嘛，再检查你的 SQL 语句语法是否正确。
• 优化器： 按照 MySQL 认为最优的方案去执行。
• 执行器： 执行语句，然后从存储引擎返回数据。 执行语句之前会先判断是否有权限，如果没有权限的话，就会报错。
• 插件式存储引擎：主要负责数据的存储和读取，采用的是插件式架构，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多种存储引擎。

MySQL 主要分为 Server 层和引擎层，Server 层主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器，同时还有一个日志模块（binlog），这个日志模块所有执行引擎都可以共用，redolog 只有 InnoDB 有。

引擎层是插件式的，目前主要包括，MyISAM,InnoDB,Memory 等。

查询语句的执行流程如下：权限校验（如果命中缓存）—>查询缓存—>分析器—>优化器—>权限校验—>执行器—>引擎

更新语句执行流程如下：分析器---->权限校验---->执行器—>引擎—redo log(prepare 状态)—>binlog—>redo log(commit 状态)

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著作权归Guide所有 原文链接：SQL语句在MySQL中的执行过程 | JavaGuide(Java面试 + 学习指南)

索引

MySQL官方对索引的定义为：**索引（Index）是帮助MySQL高效获取数据的数据结构。**提取句子主干，就可以得到索引的本质；索引是数据结构。

索引是一种用于快速查询和检索数据的数据结构，其本质可以看成是一种排序好的数据结构。

索引的作用就相当于书的目录。打个比方: 我们在查字典的时候，如果没有目录，那我们就只能一页一页的去找我们需要查的那个字，速度很慢。如果有目录了，我们只需要先去目录里查找字的位置，然后直接翻到那一页就行了。

索引底层数据结构存在很多种类型，常见的索引结构有: B 树， B+树 和 Hash、红黑树。在 MySQL 中，无论是 Innodb 还是 MyIsam，都使用了 B+树作为索引结构。

索引的优缺点

优点：

• 使用索引可以大大加快数据的检索速度（大大减少检索的数据量）, 这也是创建索引的最主要的原因。
• 通过创建唯一性索引，可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。

缺点：

• 创建索引和维护索引需要耗费许多时间。当对表中的数据进行增删改的时候，如果数据有索引，那么索引也需要动态的修改，会降低 SQL 执行效率。
• 索引需要使用物理文件存储，也会耗费一定空间。

但是，使用索引一定能提高查询性能吗?

大多数情况下，索引查询都是比全表扫描要快的。但是如果数据库的数据量不大，那么使用索引也不一定能够带来很大提升。

如果数据库的数据量不是很大，使用索引就没什么增益，而且创建和维护索引需要时间，增删改的数据有索引，那么索引也需要动态地跟着修改。

B 树& B+树

B 树也称 B-树,全称为 多路平衡查找树 ，B+ 树是 B 树的一种变体。B 树和 B+树中的 B 是 Balanced （平衡）的意思。

目前大部分数据库系统及文件系统都采用 B-Tree 或其变种 B+Tree 作为索引结构。

B 树& B+树两者有何异同呢？

• B 树的所有节点既存放键(key) 也存放数据(data)，而 B+树只有叶子节点存放 key 和 data，其他内节点只存放 key。
• B 树的叶子节点都是独立的;B+树的叶子节点有一条引用链指向与它相邻的叶子节点。
• B 树的检索的过程相当于对范围内的每个节点的关键字做二分查找，可能还没有到达叶子节点，检索就结束了。而 B+树的检索效率就很稳定了，任何查找都是从根节点到叶子节点的过程，叶子节点的顺序检索很明显。
• 在 B 树中进行范围查询时，首先找到要查找的下限，然后对 B 树进行中序遍历，直到找到查找的上限；而 B+树的范围查询，只需要对链表进行遍历即可。

综上，B+树与 B 树相比，具备更少的 IO 次数、更稳定的查询效率和更适于范围查询这些优势。

在 MySQL 中，MyISAM 引擎和 InnoDB 引擎都是使用 B+Tree 作为索引结构，但是，两者的实现方式不太一样。

聚簇索引与非聚簇索引

聚簇索引（聚集索引）

聚簇索引（Clustered Index）即索引结构和数据一起存放的索引，并不是一种单独的索引类型。InnoDB 中的主键索引就属于聚簇索引。

在 MySQL 中，InnoDB 引擎的表的 .ibd文件就包含了该表的索引和数据，对于 InnoDB 引擎表来说，该表的索引(B+树)的每个非叶子节点存储索引，叶子节点存储索引和索引对应的数据。

聚簇索引的优缺点

优点：

• 查询速度非常快：聚簇索引的查询速度非常的快，因为整个 B+树本身就是一颗多叉平衡树，叶子节点也都是有序的，定位到索引的节点，就相当于定位到了数据。相比于非聚簇索引， 聚簇索引少了一次读取数据的 IO 操作。
• 对排序查找和范围查找优化：聚簇索引对于主键的排序查找和范围查找速度非常快。

缺点：

• 依赖于有序的数据：因为 B+树是多路平衡树，如果索引的数据不是有序的，那么就需要在插入时排序，如果数据是整型还好，否则类似于字符串或 UUID 这种又长又难比较的数据，插入或查找的速度肯定比较慢。
• 更新代价大：如果对索引列的数据被修改时，那么对应的索引也将会被修改，而且聚簇索引的叶子节点还存放着数据，修改代价肯定是较大的，所以对于主键索引来说，主键一般都是不可被修改的。

非聚簇索引（非聚集索引）

# 非聚簇索引介绍

非聚簇索引(Non-Clustered Index)即索引结构和数据分开存放的索引，并不是一种单独的索引类型。二级索引(辅助索引)就属于非聚簇索引。MySQL 的 MyISAM 引擎，不管主键还是非主键，使用的都是非聚簇索引。

非聚簇索引的叶子节点并不一定存放数据的指针，因为二级索引的叶子节点就存放的是主键，根据主键再回表查数据。

# 非聚簇索引的优缺点

优点：

更新代价比聚簇索引要小 。非聚簇索引的更新代价就没有聚簇索引那么大了，非聚簇索引的叶子节点是不存放数据的

缺点：

• 依赖于有序的数据：跟聚簇索引一样，非聚簇索引也依赖于有序的数据
• 可能会二次查询(回表)：这应该是非聚簇索引最大的缺点了。 当查到索引对应的指针或主键后，可能还需要根据指针或主键再到数据文件或表中查询。

这是 MySQL 的表的文件截图:

MySQL 表的文件

聚簇索引和非聚簇索引:

事务

事务是一系列的动作，它们综合在一起才是一个完整的工作单元，这些动作必须全部完成，如果有一个失败的话，那么事务就会回滚到最开始的状态，仿佛什么都没发生过一样。

简单来说要么都执行成功要么都失败，MySQL 中只有使用了 Innodb 数据库引擎的数据库或表才支持事务。

ACID原则

ACID原则：原子性，一致性，隔离性，持久性

原子性是事务的基础，持久性和隔离性是手段，一致性是目的。

只有保证了事务的持久性、原子性、隔离性之后，一致性才能得到保障。也就是说 A、I、D 是手段，C 是目的！

• 原子性（Atomicity）

  要么都成功，要么都失败

• 一致性（Consistency）

  事务前后的数据完整性要保证一致

• 隔离性（Isolation）

  事务的隔离性是多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。

• 持久性（Durability）

  事务一旦提交则不可逆，被持久化到数据库中。

并发事务带来的问题

• 脏读：

  指一个事务读取了另外一个事务未提交的数据。

• 不可重复读：

  在一个事务内读取表中的某一行数据，多次读取结果不同。（这个不一定是错误，在某些场合是不对的）

• 幻读（虚读）

  是指在一个事务内读取到了别的事务插入的数据，导致前后读取不一致。

不可重复读和幻读有什么区别？

• 不可重复读的重点是内容修改或者记录减少比如多次读取一条记录发现其中某些记录的值被修改；
• 幻读的重点在于记录新增比如多次执行同一条查询语句（DQL）时，发现查到的记录增加了。

幻读其实可以看作是不可重复读的一种特殊情况，单独把区分幻读的原因主要是解决幻读和不可重复读的方案不一样。

举个例子：执行 delete 和 update 操作的时候，可以直接对记录加锁，保证事务安全。而执行 insert 操作的时候，由于记录锁（Record Lock）只能锁住已经存在的记录，为了避免插入新记录，需要依赖间隙锁（Gap Lock）。也就是说执行 insert 操作的时候需要依赖 Next-Key Lock（Record Lock+Gap Lock） 进行加锁来保证不出现幻读。

并发事务的控制方式有哪些？

MySQL 中并发事务的控制方式无非就两种：锁 和 MVCC。锁可以看作是悲观控制的模式，多版本并发控制（MVCC，Multiversion concurrency control）可以看作是乐观控制的模式。

锁 控制方式下会通过锁来显示控制共享资源而不是通过调度手段，MySQL 中主要是通过 读写锁 来实现并发控制。

• 共享锁（S 锁）：又称读锁，事务在读取记录的时候获取共享锁，允许多个事务同时获取（锁兼容）。
• 排他锁（X 锁）：又称写锁/独占锁，事务在修改记录的时候获取排他锁，不允许多个事务同时获取。如果一个记录已经被加了排他锁，那其他事务不能再对这条记录加任何类型的锁（锁不兼容）。

读写锁可以做到读读并行，但是无法做到写读、写写并行。另外，根据根据锁粒度的不同，又被分为 表级锁(table-level locking) 和 行级锁(row-level locking) 。InnoDB 不光支持表级锁，还支持行级锁，默认为行级锁。行级锁的粒度更小，仅对相关的记录上锁即可（对一行或者多行记录加锁），所以对于并发写入操作来说， InnoDB 的性能更高。不论是表级锁还是行级锁，都存在共享锁（Share Lock，S 锁）和排他锁（Exclusive Lock，X 锁）这两类。

MVCC 是多版本并发控制方法，即对一份数据会存储多个版本，通过事务的可见性来保证事务能看到自己应该看到的版本。通常会有一个全局的版本分配器来为每一行数据设置版本号，版本号是唯一的。

MVCC 在 MySQL 中实现所依赖的手段主要是: 隐藏字段、read view、undo log。

• undo log : undo log 用于记录某行数据的多个版本的数据。
• read view 和 隐藏字段 : 用来判断当前版本数据的可见性。

SQL 标准定义了哪些事务隔离级别?

SQL 标准定义了四个隔离级别：

• READ-UNCOMMITTED(读取未提交)：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。
• READ-COMMITTED(读取已提交)：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。
• REPEATABLE-READ(可重复读)：对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，但幻读仍有可能发生。
• SERIALIZABLE(可串行化)：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，也就是说，该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。

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隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
READ-UNCOMMITTED	√	√	√
READ-COMMITTED	×	√	√
REPEATABLE-READ	×	×	√
SERIALIZABLE	×	×	×

锁

表级锁和行级锁了解吗？有什么区别？

MyISAM 仅仅支持表级锁(table-level locking)，一锁就锁整张表，这在并发写的情况下性能非常差。InnoDB 不光支持表级锁(table-level locking)，还支持行级锁(row-level locking)，默认为行级锁。

行级锁的粒度更小，仅对相关的记录上锁即可（对一行或者多行记录加锁），所以对于并发写入操作来说， InnoDB 的性能更高。

表级锁和行级锁对比

• 表级锁： MySQL 中锁定粒度最大的一种锁（全局锁除外），是针对非索引字段加的锁，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。不过，触发锁冲突的概率最高，高并发下效率极低。表级锁和存储引擎无关，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，是 针对索引字段加的锁 ，只针对当前操作的行记录进行加锁。 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。行级锁和存储引擎有关，是在存储引擎层面实现的。

InnoDB 有哪几类行锁？

InnoDB 行锁是通过对索引数据页上的记录加锁实现的，MySQL InnoDB 支持三种行锁定方式：

• 记录锁（Record Lock）：也被称为记录锁，属于单个行记录上的锁。
• 间隙锁（Gap Lock）：锁定一个范围，不包括记录本身。
• 临键锁（Next-Key Lock）：Record Lock+Gap Lock，锁定一个范围，包含记录本身，主要目的是为了解决幻读问题（MySQL 事务部分提到过）。记录锁只能锁住已经存在的记录，为了避免插入新记录，需要依赖间隙锁。

在 InnoDB 默认的隔离级别 REPEATABLE-READ 下，行锁默认使用的是 Next-Key Lock。但是，如果操作的索引是唯一索引或主键，InnoDB 会对 Next-Key Lock 进行优化，将其降级为 Record Lock，即仅锁住索引本身，而不是范围。

Lock）**：锁定一个范围，不包括记录本身。

• 临键锁（Next-Key Lock）：Record Lock+Gap Lock，锁定一个范围，包含记录本身，主要目的是为了解决幻读问题（MySQL 事务部分提到过）。记录锁只能锁住已经存在的记录，为了避免插入新记录，需要依赖间隙锁。

在 InnoDB 默认的隔离级别 REPEATABLE-READ 下，行锁默认使用的是 Next-Key Lock。但是，如果操作的索引是唯一索引或主键，InnoDB 会对 Next-Key Lock 进行优化，将其降级为 Record Lock，即仅锁住索引本身，而不是范围。