数据库基础知识三

  • 1. 存储引擎
  • 1.1介绍
  • 1.2 介绍常见的存储引擎
  • 1.2.1 MyISAM存储引擎
  • 1.2.2 InnoDB存储引擎
  • 1.2.3 MEMORY存储引擎
  • 2. 事务(重要)
  • 2.1 事务的基本概念
  • 2.2 事务的4个基本特性
  • 2.3 事务隔离级别
  • 3. 索引
  • 3.1 索引的基本概念
  • 3.2 索引的失效
  • 3.3 索引的分类
  • 4. 视图(view)
  • 5. DBA常用的两个命令
  • 6. 数据库设计三范式
  • 6.1 第一范式
  • 6.2 第二范式
  • 6.3 第三范式


1. 存储引擎

1.1介绍

存储引擎：是一个表存储/组织数据的方式。不同的存储引擎，表存储的方式不同。数据库中的各表在创建时均被指定的存储引擎来处理。这是MySQL中特有的术语，Oracle中不叫该名字。

  • 服务器可用的引擎依赖于以下因素：①MySQL的版本；②服务器在开发时如何被配置；③启动选项
  • 用SHOW ENGINES \G;命令查看当前服务器中都有哪些存储引擎可用
  • SHOW CREATE TABLE T_STUDENT;可以查看建表的具体操作；
  • MySQL默认的存储引擎是：InnoDB; 默认的字符编码方式是:utf-8
  • MySQL支持9大存储引擎，当前8.0.29支持8个，版本不同支持情况不同

在建表的时候可以再最后小括号")"的右边使用 ENGINE=xxx来指定存储引擎

create table t_class(
	classno int primary key,
	classname varchar(32)
) engine = InnoDB default charset = gbk; -- 指定默认的额存储引擎和字符编码方式

1.2 介绍常见的存储引擎

1.2.1 MyISAM存储引擎

它使用三个文件表示每个表：

  • 格式文件：存储表结构的定义(mytable.frm)
  • 数据文件：存储表行的内容(mytable.MYD)
  • 索引文件：存储表上的索引(mytable.MYI)

优点：可被转换为压缩、只读表来节省空间
缺点：不支持事务，安全性低

1.2.2 InnoDB存储引擎

这是MySQL默认的存储引擎，同时也是一个重量级的存储引擎。InnoDB支持事务，支持数据库崩溃后的自动恢复机制。InnoDB最主要的特点是支持事务，以保证数据的安全。

它管理的表具有下列主要特征：

  • 每个InnoDB表在数据库目录中以.frm格式的文件表示
  • InnoDB表空间tablespace被用于存储表的内容(表空间是一个逻辑名称，表空间存储数据+索引)
  • 提供一组用来记录事务性活动的日志文件
  • 用COMMIT,SAVEPOINT以及rollback支持事务处理
  • 提供ACID兼容
  • 在MySQL服务器崩溃后提供自动恢复
  • 多版本(MVCC)和行级锁定
  • 支持外键以及引用的完整性，包括级联删除和更新

InnoDB缺点：因为安全，所以效率不是很高，并且也不能压缩，不能转换为只读，不能很好地节省空间

1.2.3 MEMORY存储引擎

使用MEMORY存储引擎的表，其数据存储在内存中，且行的长度固定，这两个特点使得MEMORY存储引擎非常的快。
MEMORY存储引擎管理的表具有以下特征：

  • 在数据库目录内，每个表均以.frm格式的文件表示
  • 表数据及索引都被存储在内存中（目的就是查询快）
  • 表级锁机制
  • 不能包含TEXT或BLOB字段。

MEMORY存储引擎以前被称为HEAP引擎。
优点：查询效率是最高的
缺点：不安全，关机之后数据消失。因为数据和索引都是在内存当中。

2. 事务(重要)

2.1 事务的基本概念

  1. 什么是事务？

一个事务就是一个完整的业务逻辑，是一个最小的工作单元，不可再分。
什么是一个完整的业务逻辑：
假设转账，从A账户向B账户转1000，将A账户的钱减去1000(update语句)，同时将B的账户的钱加上1000(update语句)，这就是一个完整的业务逻辑。
以上的操作是一个最小的工作单元，要么同时成功，要么同时失败，不可再分。

  1. 只有DML(insert、delete、update)语句才和事务有关系，其他语句和事务无关，因为只有以上的三个语句是对数据库表中数据进行增、删、改的。只要操作涉及到增、删、改，就需要考虑安全问题，数据安全是第一位的!
  2. 对事务的理解：

假设所有的业务，只要一条DML语句就能完成，就没必要存在事务机制。正是因为做某件事的时候，需要多条DML 语句共同联合完成，所以需要事务的存在。说到底，一个事务其实就是多条DML语句同时成功，或者同时失败。

  1. 事务是怎么做到多条DML语句同时成功或同时失败的？

InnoDB存储引擎：提供一组用来记录事务性活动的日志文件
事务开始：insert-insert-delete-delete-update-update 事务结束！
在事务的执行过程中，每一条DML的操作都会记录到‘事务性活动的日志文件’中，我们可以提交事务，也可以回滚事务。
提交事务：清空事务性活动的日志文件，将数据全部彻底持久化到数据库表中。提交事务标志着事务是一种全部成功的结束。
回滚事务：将之前所有的DML操作全部撤销，并且清空事务性活动的日志文件。回滚事务标志着，事务是一种全部失败的结束。

  1. 怎么提交事务？怎么回滚事务？
    事务：transaction
    提交事务：commit; 语句
    回滚事务：rollback; 语句（回滚永远都只能回滚到上一次的提交点）
    MySQL中默认情况下是自动提交事务的，即每执行一条DML语句就提交一次。
    将MySQL的自动提交关闭：start transaction;
回滚事务：
drop table t_vip if exists;
create table t_vip(
	id int(5) primary key auto_increment,
	name varchar(32)
);
start transaction;
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
select * from t_vip; --此时可以查到t_vip中有三条数据
rollback; 
select * from t_vip; --此时可以查到t_vip中没有数据

提交事务：
drop table t_vip if exists;
create table t_vip(
	id int(5) primary key auto_increment,
	name varchar(32)
);
start transaction;
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
insert into t_vip(name) values ('zhangsan');
commit; --提交事务
select * from t_vip; --此时可以查到t_vip中有三条数据
rollback; 
select * from t_vip; --此时依然可以查到t_vip中没有数据

2.2 事务的4个基本特性

  1. 原子性（Atomicity）
    说明事务是最小的工作单元，不可再分。整个事务的所有操作，必须作为一个单元全部完成(或全部取消)
  2. 一致性（Consistency）
    在事务开始之前与结束之后，数据库都保持一致状态。这就需要一个事务的所有操作必须同时成功，或同时失败，以保证数据的一致性。
  3. 隔离性
    一个事务不会影响其他事物的运行。A事务和B事务之间具有一定的隔离，A在操作一张表时B也在操作这张表会怎样？
  4. 持久性
    在事务完成以后，该事务对数据库所做的更改将永久地保存在数据库中，并不会被回滚。

2.3 事务隔离级别

  1. 读未提交：read uncommitted（最低的隔离级别）《没有提交就读到了》
    这种级别，事务A可以读取到事务B未提交的数据。
    缺点：脏读现象(dirty read),我们称读到了脏数据
    这种隔离级别一般都是理论上的，大多数的数据库隔离级别都是二级起步。
  2. 读已提交：read committed《提交之后才能读到》
    事务A只能读取到事务B提交之后的数据。
    优点：解决了脏读现象。
    缺点：不可重复读取数据。假如在事务开启后，第一次读到的数据是3条，当前事务还没有结束，可能第二次读到的数据是4条，3不等于4，称为不可重复读取。
    这种隔离级别是比较真实的数据，每一次读到的数据是绝对真实的。是Oracle数据库中默认的隔离级别。
  3. 可重复读：repeatable read《提交之后也读不到，永远读到的都是刚开启事务时的数据》
    事务A开启后，不管过多久，每一次在事务A中读取到的数据都是一致的。即使事务B将数据已经修改并且提交，事务A读取到的数据库的数据还是没有发生变化，这就是可重复读。
    优点：解决了不可重复读取数据的问题。
    缺点：可能会出现幻影读。每一次读到的数据都是幻象，不够真实。
    MySQL中默认的事务隔离级别就是3级。
  4. 序列化/串行化：serializable（最高的隔离级别）
    这是最高隔离级别，效率最低，解决了所有的问题。
    这种隔离级别表示事务是排队执行，不能并发！
    类似于synchronized，线程同步(事务同步)，每一次读取到的数据都是最真实的，并且效率最低。
select @@transaction_isolation; --查看数据库当前隔离级别（MySQL8以后）
select @@tx_isolation;--查看数据库当前隔离级别（MySQL8以前）
set global transaction isolation level read uncommitted;-- 设置全局事务的隔离级别，设置完退出重新进入才生效

3. 索引

3.1 索引的基本概念

索引是在数据库表的字段上添加的，是为了提高查询效率存在的一种机制。一张表的任何一个字段都可以添加索引，也可以多个字段联合起来添加索引，索引相当于一本书的目录，是为了缩小扫描范围而存在的一种机制。

MySQL的查询方式主要有两种：①全表扫描；②根据索引检索。

注意：在实际中，汉语字典的目录是排序的，因为只有排序了才有区间的说法，缩小扫描范围就是扫描某个区间。在MySQL中的索引也是需要排序的，并且这个排序和TreeSet数据结构相同。TreeSet(TreeMap)底层是一个自平衡的二叉树！在MySQL中索引是一个B-Tree（Binary）数据结构，遵循左小右大原则存放，采用中序遍历方式遍历数据。

索引的实现原理：

Opengauss mysql兼容性下创建序列_存储引擎


NOTE:

  • 在任何数据库中主键上都会自动添加索引对象，在MySQL中，一个字段上如果有unique约束时，也会自动创建索引。
  • 在任何数据库当中，任何一张表的任何一条记录在硬盘上都有一个硬盘的物理存储编号。
  • 在MySQL中，索引是一个单独的对象，不同的存储引擎以不同的形式存在，在MyISAM存储引擎中，索引存储在一个.MYI文件中。在InnoDB存储引擎中，索引存储在一个逻辑名称叫做tablespace中。在MEMORY存储引擎中索引存储在内存当中。不管索引存储在哪里，索引在MySQL中都是以一个B-Tree树的形式存在。

创建索引：

create index emp_ename_index on emp(ename); -- 给emp的ename字段添加索引，起名emp_ename_index

删除索引：

drop index emp emp_ename_index on emp; --将emp表上的emp_ename_index索引对象删除

在MySQL中，如何查看一个SQL语句是否使用了索引进行检索？

explain select * from emp;

查看其中type的结果：ALL=未使用索引；ref=使用索引，也可以从扫描的行数看到。

使用：

Opengauss mysql兼容性下创建序列_oracle_02


未使用：

Opengauss mysql兼容性下创建序列_mysql_03

3.2 索引的失效

很多情况下，索引会失效，例如

  1. select * from emp where ename like ‘%T’; 此时，即使ename添加了索引，也不会使用索引，因为模糊匹配以“%”开始。所以尽量避免模糊查询时以“%”开头，这是一种优化策略。
  2. 使用or的时候会失效。如果使用or那么要求or两边的条件字段都要有索引，才会使用索引，如果其中任何一个字段没有索引，那么另一个字段上的索引也会失效。此时可以使用union替代or。
  3. 使用复合索引的时候，没有使用左侧的列查找时，索引会失效。
    复合索引：两个或多个字段联合起来添加一个索引，叫做复合索引。
create index emp_job_sal_index on emp(job,sal);
explain select * from emp where job = 'Manager'; --此时索引可以使用
explain select * from emp where sal = 800; -- 此时索引失效
  1. 在where当中索引列参加了运算，索引失效
create index emp_sal_index on emp(sal);
explain select * from emp where sal + 1 = 800; -- 此时索引失效
  1. 在where中索引使用了函数
explain select * from emp where lower(ename) = 'smith';

3.3 索引的分类

索引是各种数据库进行优化的重要手段。优化的时候优先考虑的因素就是索引。索引在数据库当中分了很多类：

  • 单一索引：一个字段上添加索引
  • 复合索引：两个或两个以上的字段添加索引
  • 主键索引：主键字段上添加索引
  • 唯一性索引：具有unique约束的字段上添加索引
  • …
    注意：唯一性比较弱的字段上添加索引用处不大。

4. 视图(view)

视图：站在不同的角度去看待同一份数据。

表复制(操作复制后的表dept2数据，原表数据不会被改变)：
create dept2 as select * from dept;
创建视图对象(操作视图对象的表emp_view1数据，原表数据会被改变)：
create view emp_view1 as select * from emp;
删除视图对象：
drop view emp_view1;
注意：只有DQL语句才能以view的形式创建，即
create view view_name as 这里的语句必须是DQL语句
但是视图对象完成后，可以对视图对象进行增删改查等操作。

视图的作用：
我们可以面向视图对象进行增删改查，对视图对象的增删改查，会导致原表被操作。
假设有一条非常复杂的SQL语句，而这条语句需要在不同的地方反复使用，每一次使用这个SQL语句的时候都需要重新编写，就会很长很麻烦，此时，我们可以把这条复杂的语句以视图对象的形式创建，在需要编写这条SQL语句的位置直接使用视图对象，可以大大简化开发，并且利于后期的维护，因为修改的时候也只需要修改一个位置就行，只需要修改属兔对象所映射的SQL语句。

我们以后面向视图开发的时候，使用视图时可以像使用table一样。可以对视图进行增删改查(CRUD:create，retrieve(查，检索)，update，delete)等操作。视图不是存在内存当中，而是存在硬盘上，不会消失。

5. DBA常用的两个命令

导出：

导出整个数据库：
在windows的cmd窗口中执行（不要登录MySQL）：
mysqldump world > D:\test.sql -u root -p123
导出指定的某张表：
mysqldump world emp> D:\test.sql -u root -p123

导入：

先登录MySQL后执行下面的命令：
1.创建数据库：create databases world;
2.使用数据库：use world;
 - 然后初始化数据库: source  D:\test.sql

6. 数据库设计三范式

数据库设计范式指的就是数据库表的设计依据，教我们更好的进行数据库表的设计。
三范式内容：

  • 第一范式：要求任何一张表必须有主键，每一个字段都具有原子性，不可再分
  • 第二范式：建立在第一范式的基础之上，要求每个非主键字段都要完全依赖主键，不要产生部分依赖。
  • 第三范式：建立在第二范式的基础之上，要求每个非主键字段都要直接依赖主键，不要产生传递依赖。

设计数据库表的时候，按照以上的范式进行，可以避免表中数据的冗余，空间的浪费。

6.1 第一范式

第一范式是最核心，最重要的范式，所有表的设计都需要满足。
例如：

学生编号

学生姓名

联系方式

1001

张三

zs@email.com,13500000000

1002

李四

ls@email.com,15899999999

1001

王五

ww@email.com,18988888888

上面的表就不满足第一范式。没有主键，联系方式不具有原子性，还可以再分。修改为下面的表即可满足：

学生编号（pk）

学生姓名

邮箱

联系电话

1001

张三

zs@email.com

13500000000

1002

李四

ls@email.com

15899999999

1003

王五

ww@email.com

18988888888

6.2 第二范式

多对多，三张表，关系表两个外键！！！
第二范式建立在第一范式的基础之上，要求每个非主键字段都要完全依赖主键，不要产生部分依赖。

学生编号

学生姓名

教师编号

教师姓名

1001

张三

001

王老师

1002

李四

002

赵老师

1003

王五

001

王老师

1001

张三

002

赵老师

这张表描述了学生和老师的关系：1个学生可能有多个老师，1个老师有多个学生，多对多关系！
上面的表既不满足第一范式，也不满足第二范式。
修改使其满足第一范式，学生编号和教师编号联合起来做主键，复合主键（PK:学生编号+教师编号）

学生编号

+教师编号(PK)

学生姓名

教师姓名

1001

001

张三

王老师

1002

002

李四

赵老师

1003

001

王五

王老师

1001

002

张三

赵老师

经过修改之后，以上的表满足了第一范式，但不满足第二范式，因为张三依赖1001，王老师依赖001，显然产生了部分依赖。“张三”，“王老师”都重复了，因此产生了数据冗余，空间浪费。
为了让以上的表满足第二范式，使用三张表来表示多对多的关系！！！！
学生表：

学生编号

学生姓名

1001

张三

1002

李四

1003

王五

教师表：

教师编号

教师姓名

001

王老师

002

赵老师

学生教师关系表：

id(pk)

学生编号(fk)

教师编号(fk)

1

1001

001

2

1002

002

3

1003

001

4

1001

002

总结：多对多，三张表，关系表两个外键！！！

6.3 第三范式

第三范式建立在第二范式的基础之上，要求每个非主键字段都要直接依赖主键，不要产生传递依赖。

学生编号

学生姓名

班级编号

班级名称

1001

张三

01

一年级一班

1002

李四

02

一年级二班

1003

王五

03

一年级三班

1004

赵六

03

一年级三班

以上表的设计师描述班级和学生的关系，1对多，1个教室中有多个学生。
满足第一范式，有主键，原子性
满足第二范式，主键不是复合主键，是单一主键，没有产生部分依赖。
不满足第三范式，一年级一班依赖01,01依赖1001，产生了传递依赖。
不符合第三范式的要求，产生了数据的冗余。
可以修改为两张表：
班级表：

班级编号(PK)

班级名称

01

一年级一班

02

一年级二班

03

一年级三班

学生表：

学生编号(PK)

学生姓名

班级编号(FK)

1001

张三

01

1002

李四

02

1003

王五

03

1004

赵六

03

总结：一对多，两张表，多的表加外键！！！