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Mysql 基本原理

存储引擎

在文件系统中，Mysql 将每个数据库（也可以成为 schema）保存为数据目录下的一个子目录。创建表示，Mysql 会在数据库子目录下创建一个和表同名的 .frm 文件保存表的定义。因为 Mysql 使用文件系统的目录和文件来保存数据库和表的定义，大小写敏感性和具体平台密切相关。Windows 中大小写不敏感；类 Unix 中大小写敏感。不同的存储引擎保存数据和索引的方式是不同的，但表的定义则是在 Mysql 服务层统一处理的。

选择存储引擎

Mysql 内置的存储引擎

mysql> SHOW ENGINES;
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| Engine             | Support | Comment                                                        | Transactions | XA   | Savepoints |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| FEDERATED          | NO      | Federated MySQL storage engine                                 | NULL         | NULL | NULL       |
| MEMORY             | YES     | Hash based, stored in memory, useful for temporary tables      | NO           | NO   | NO         |
| InnoDB             | DEFAULT | Supports transactions, row-level locking, and foreign keys     | YES          | YES  | YES        |
| PERFORMANCE_SCHEMA | YES     | Performance Schema                                             | NO           | NO   | NO         |
| MyISAM             | YES     | MyISAM storage engine                                          | NO           | NO   | NO         |
| MRG_MYISAM         | YES     | Collection of identical MyISAM tables                          | NO           | NO   | NO         |
| BLACKHOLE          | YES     | /dev/null storage engine (anything you write to it disappears) | NO           | NO   | NO         |
| CSV                | YES     | CSV storage engine                                             | NO           | NO   | NO         |
| ARCHIVE            | YES     | Archive storage engine                                         | NO           | NO   | NO         |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
9 rows in set (0.00 sec)
  • InnoDB - Mysql 的默认事务型存储引擎，并且提供了行级锁和外键的约束。性能不错且支持自动崩溃恢复。
  • MyISAM - Mysql 5.1 版本前的默认存储引擎。特性丰富但不支持事务，也不支持行级锁和外键，也没有崩溃恢复功能。
  • CSV - 可以将 CSV 文件作为 Mysql 的表来处理，但这种表不支持索引。
  • Memory - 适合快速访问数据，且数据不会被修改，重启丢失也没有关系。
  • NDB - 用于 Mysql 集群场景。

如何选择合适的存储引擎

大多数情况下，InnoDB 都是正确的选择，除非需要用到 InnoDB 不具备的特性。

如果应用需要选择 InnoDB 以外的存储引擎，可以考虑以下因素：

  • 事务：如果需要支持事务，InnoDB 是首选。如果不需要支持事务，且主要是 SELECT 和 INSERT 操作，MyISAM 是不错的选择。所以，如果 Mysql 部署方式为主备模式，并进行读写分离。那么可以这么做：主节点只支持写操作，默认引擎为 InnoDB；备节点只支持读操作，默认引擎为 MyISAM。
  • 并发：MyISAM 只支持表级锁，而 InnoDB 还支持行级锁。所以，InnoDB 并发性能更高。
  • 外键：InnoDB 支持外键。
  • 备份：InnoDB 支持在线热备份。
  • 崩溃恢复：MyISAM 崩溃后发生损坏的概率比 InnoDB 高很多，而且恢复的速度也更慢。
  • 其它特性：MyISAM 支持压缩表和空间数据索引。

转换表的存储引擎

下面的语句可以将 mytable 表的引擎修改为 InnoDB

ALTER TABLE mytable ENGINE = InnoDB

MyISAM

MyISAM 设计简单，数据以紧密格式存储。对于只读数据，或者表比较小、可以容忍修复操作，则依然可以使用 MyISAM。

MyISAM 引擎使用 B+Tree 作为索引结构，叶节点的 data 域存放的是数据记录的地址。

MyISAM 提供了大量的特性，包括：全文索引、压缩表、空间函数等。但是，MyISAM 不支持事务和行级锁。并且 MyISAM 不支持崩溃后的安全恢复。

InnoDB

InnoDB 是 MySQL 默认的事务型存储引擎，只有在需要 InnoDB 不支持的特性时，才考虑使用其它存储引擎。

然 InnoDB 也使用 B+Tree 作为索引结构，但具体实现方式却与 MyISAM 截然不同。MyISAM 索引文件和数据文件是分离的，索引文件仅保存数据记录的地址。而在 InnoDB 中，表数据文件本身就是按 B+Tree 组织的一个索引结构，这棵树的叶节点 data 域保存了完整的数据记录。这个索引的 key 是数据表的主键，因此InnoDB 表数据文件本身就是主索引。

InnoDB 采用 MVCC 来支持高并发，并且实现了四个标准的隔离级别。其默认级别是可重复读（REPEATABLE READ），并且通过间隙锁（next-key locking）防止幻读。

InnoDB 是基于聚簇索引建立的，与其他存储引擎有很大不同。在索引中保存了数据，从而避免直接读取磁盘，因此对查询性能有很大的提升。

内部做了很多优化，包括从磁盘读取数据时采用的可预测性读、能够加快读操作并且自动创建的自适应哈希索引、能够加速插入操作的插入缓冲区等。

支持真正的在线热备份。其它存储引擎不支持在线热备份，要获取一致性视图需要停止对所有表的写入，而在读写混合场景中，停止写入可能也意味着停止读取。

数据类型

整型

TINYINT, SMALLINT, MEDIUMINT, INT, BIGINT 分别使用 8, 16, 24, 32, 64 位存储空间，一般情况下越小的列越好。

UNSIGNED 表示不允许负值，大致可以使正数的上限提高一倍。

INT(11) 中的数字只是规定了交互工具显示字符的个数，对于存储和计算来说是没有意义的。

浮点型

FLOAT 和 DOUBLE 为浮点类型。

DECIMAL 类型主要用于精确计算，代价较高，应该尽量只在对小数进行精确计算时才使用 DECIMAL ——例如存储财务数据。数据量比较大的时候，可以使用 BIGINT 代替 DECIMAL。

FLOAT、DOUBLE 和 DECIMAL 都可以指定列宽，例如 DECIMAL(18, 9) 表示总共 18 位，取 9 位存储小数部分，剩下 9 位存储整数部分。

字符串

主要有 CHAR 和 VARCHAR 两种类型，一种是定长的，一种是变长的。

VARCHAR 这种变长类型能够节省空间，因为只需要存储必要的内容。但是在执行 UPDATE 时可能会使行变得比原来长。当超出一个页所能容纳的大小时，就要执行额外的操作。MyISAM 会将行拆成不同的片段存储，而 InnoDB 则需要分裂页来使行放进页内。

VARCHAR 会保留字符串末尾的空格，而 CHAR 会删除。

时间和日期

MySQL 提供了两种相似的日期时间类型：DATATIME 和 TIMESTAMP。

DATATIME

能够保存从 1001 年到 9999 年的日期和时间，精度为秒，使用 8 字节的存储空间。

它与时区无关。

默认情况下，MySQL 以一种可排序的、无歧义的格式显示 DATATIME 值，例如“2008-01-16 22:37:08”，这是 ANSI 标准定义的日期和时间表示方法。

TIMESTAMP

和 UNIX 时间戳相同，保存从 1970 年 1 月 1 日午夜（格林威治时间）以来的秒数，使用 4 个字节，只能表示从 1970 年 到 2038 年。

它和时区有关，也就是说一个时间戳在不同的时区所代表的具体时间是不同的。

MySQL 提供了 FROM_UNIXTIME() 函数把 UNIX 时间戳转换为日期，并提供了 UNIX_TIMESTAMP() 函数把日期转换为 UNIX 时间戳。

默认情况下，如果插入时没有指定 TIMESTAMP 列的值，会将这个值设置为当前时间。

应该尽量使用 TIMESTAMP，因为它比 DATETIME 空间效率更高。

BLOB 和 TEXT

BLOB 和 TEXT 都是为了存储大的数据而设计，前者存储二进制数据，后者存储字符串数据。

不能对 BLOB 和 TEXT 类型的全部内容进行排序、索引。

枚举类型

大多数情况下没有使用枚举类型的必要，其中一个缺点是：枚举的字符串列表是固定的，添加和删除字符串（枚举选项）必须使用ALTER TABLE（如果只只是在列表末尾追加元素，不需要重建表）。

类型的选择

  • 整数类型通常是标识列最好的选择，因为它们很快并且可以使用 AUTO_INCREMENT。

  • ENUM 和 SET 类型通常是一个糟糕的选择，应尽量避免。

  • 应该尽量避免用字符串类型作为标识列，因为它们很消耗空间，并且通常比数字类型慢。对于 MD5、SHA、UUID 这类随机字符串，由于比较随机，所以可能分布在很大的空间内，导致 INSERT 以及一些 SELECT 语句变得很慢。

    • 如果存储 UUID ，应该移除 - 符号；更好的做法是，用 UNHEX() 函数转换 UUID 值为 16 字节的数字，并存储在一个 BINARY(16) 的列中，检索时，可以通过 HEX() 函数来格式化为 16 进制格式。

索引

详见：Mysql 索引

锁

详见：Mysql 锁

事务

详见：Mysql 事务

性能优化

详见：Mysql 性能优化

复制

主从复制

Mysql 支持两种复制：基于行的复制和基于语句的复制。

这两种方式都是在主库上记录二进制日志，然后在从库重放日志的方式来实现异步的数据复制。这意味着：复制过程存在时延，这段时间内，主从数据可能不一致。

主要涉及三个线程：binlog 线程、I/O 线程和 SQL 线程。

  • binlog 线程 ：负责将主服务器上的数据更改写入二进制文件（binlog）中。
  • I/O 线程 ：负责从主服务器上读取二进制日志文件，并写入从服务器的中继日志中。
  • SQL 线程 ：负责读取中继日志并重放其中的 SQL 语句。

读写分离

主服务器用来处理写操作以及实时性要求比较高的读操作，而从服务器用来处理读操作。

读写分离常用代理方式来实现，代理服务器接收应用层传来的读写请求，然后决定转发到哪个服务器。

MySQL 读写分离能提高性能的原因在于：

  • 主从服务器负责各自的读和写，极大程度缓解了锁的争用；
  • 从服务器可以配置 MyISAM 引擎，提升查询性能以及节约系统开销；
  • 增加冗余，提高可用性。

参考资料

传送门

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