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数据库相关知识点总结-欢迎游览、点赞 内部员工回复

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qquser201801300732487
编辑于 2021-03-07 15:00:38 APP内打开
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大家好,我是20届阿里校招生,非常谢谢牛客给我这么好的平台,在这里,为了反补牛客,我整理一下如下数据库和数据结构与算法相关的面经,希望大家动动手指、加油点赞。

1.数据库

1.1 数据库的三大范式

第一范式)

即表中的列的具有原子性,不可再分解,即列的信息,不能分解, 只要数据库是关系型 数据库(MySQL/oracle/db2 /SQL server),就自动的满足 1NF。数据库表的每一列都是不可分 割的原子数据项,而不能是集合,数组,记录等非原子数据项。如果实体中的某个属性有多 个值时,必须拆分为不同的属性。通俗理解即一个字段只存储一项信息。

简而言之,第一范式就是无重复的列。

第二范式

第二范式(2NF)是在第一范式(1NF)的基础上建立起来的,即满足第二范式(2NF) 必须先满足第一范式(1NF)。第二范式(2NF)要求数据库表中的每

第三范式

满足第三范式(3NF)必须先满足第二范式(2NF)。简而言之,第三范式(3NF)要求 一个数据库表中不包含已在其它表中定义的非主键字段。

1.2 数据库开发规范

基础规范

(1)必须使用InnoDB存储引擎解读:支持事务、行级锁、并发性能更好、CPU及内存缓存页优化使得资源利用率更高

(2)必须使用UTF8字符集解读:万国码,无需转码,无乱码风险,节省空间

(3)数据表、数据字段必须加入中文注释解读:N年后谁知道这个r1,r2,r3字段是干嘛的

(4)禁止使用存储过程、视图、触发器、Event解读:高并发大数据的互联网业务,架构设计思路是“解放数据库CPU,将计算转移到服务层”,并发量大的情况下,这些功能很可能将数据库拖死,业务逻辑放到服务层具备更好的扩展性,能够轻易实现“增机器就加性能”。数据库擅长存储与索引,CPU计算还是上移吧

(5)禁止存储大文件或者大照片解读:为何要让数据库做它不擅长的事情?大文件和照片存储在文件系统,数据库里存URI多好

命名规范

(6)只允许使用内网域名,而不是ip连接数据库

(7)线上环境、开发环境、测试环境数据库内网域名遵循命名规范业务名称:xxx线上环境:my10000m.mysql.jddb.com开发环境:yf10000m.mysql.jddb.com测试环境:test10000m.mysql.jddb.com从库在名称后加-s标识,备库在名称后加-ss标识线上从库:my10000sa.mysql.jddb.com

(8)库名、表名、字段名:小写,下划线风格,不超过32个字符,必须见名知意,禁止拼音英文混用

(9)表名t_xxx,非唯一索引名idx_xxx,唯一索引名uniq_xxx

(10)单实例表数目必须小于500

(11)单表列数目必须小于30

(12)表必须有主键,例如自增主键解读:

a)主键递增,数据行写入可以提高插入性能,可以避免page分裂,减少表碎片提升空间和内存的使用

b)主键要选择较短的数据类型, Innodb引擎普通索引都会保存主键的值,较短的数据类型可以有效的减少索引的磁盘空间,提高索引的缓存效率

c) 无主键的表删除,在row模式的主从架构,会导致备库夯住

(13)禁止使用外键,如果有外键完整性约束,需要应用程序控制解读:外键会导致表与表之间耦合,update与delete操作都会涉及相关联的表,十分影响sql 的性能,甚至会造成死锁。高并发情况下容易造成数据库性能,大数据高并发业务场景数据库使用以性能优先

字段设计规范

(14)必须把字段定义为NOT NULL并且提供默认值解读:

    a)null的列使索引/索引统计/值比较都更加复杂,对MySQL来说更难优化

    b)null 这种类型MySQL内部需要进行特殊处理,增加数据库处理记录的复杂性;同等条件下,表中有较多空字段的时候,数据库的处理性能会降低很多

    c)null值需要更多的存储空,无论是表还是索引中每行中的null的列都需要额外的空间来标识

    d)对null 的处理时候,只能采用is null或is not null,而不能采用=、in、、!=、not in这些操作符号。如:where name!=’shenjian’,如果存在name为null值的记录,查询结果就不会包含name为null值的记录

(15)禁止使用TEXT、BLOB类型解读:会浪费更多的磁盘和内存空间,非必要的大量的大字段查询会淘汰掉热数据,导致内存命中率急剧降低,影响数据库性能

(16)禁止使用小数存储货币解读,小数容易导致钱对不上

(17)必须使用varchar(20)存储手机号解读:

    a)涉及到区号或者国家代号,可能出现+-()

    b)手机号会去做数***算么?

    c)varchar可以支持模糊查询,例如:like“138%”

(***止使用ENUM,可使用TINYINT代替解读:a)增加新的ENUM值要做DDL操作b)ENUM的内部实际存储就是整数,你以为自己定义的是字符串?

(19)单表索引建议控制在5个以内

(20)单索引字段数不允许超过5个解读:字段超过5个时,实际已经起不到有效过滤数据的作用了

(21)禁止在更新十分频繁、区分度不高的属性上建立索引解读:a)更新会变更B+树,更新频繁的字段建立索引会大大降低数据库性能b)“性别”这种区分度不大的属性,建立索引是没有什么意义的,不能有效过滤数据,性能与全表扫描类似

(22)建立组合索引,必须把区分度高的字段放在前面解读:能够更加有效的过滤数据

(23)禁止使用SELECT *,只获取必要的字段,需要显示说明列属性解读:

    a)读取不需要的列会增加CPU、IO、NET消耗**

    b)不能有效的利用覆盖索引**

    c)使用SELECT *容易在增加或者删除字段后出现程序BUG**

(24)禁止使用INSERT INTO t_xxx VALUES(xxx),必须显示指定插入的列属性解读:容易在增加或者删除字段后出现程序BUG

(25)禁止使用属性隐式转换解读:SELECT uid FROM t_user WHERE phone=13800000000 会导致全表扫描,而不能命中phone索引,猜猜为什么?(这个线上问题不止出现过一次)

(26)禁止在WHERE条件的属性上使用函数或者表达式解读:SELECT uid FROM t_user WHERE from_unixtime(day)>='2017-01-15' 会导致全表扫描正确的写法是:SELECT uid FROM t_user WHERE day>= unix_timestamp('2017-01-15 00:00:00')

(27)禁止负向查询,以及%开头的模糊查询解读:

    a)负向查询条件:NOT、!=、、!、NOT IN、NOT LIKE等,会导致全表扫描

    b)%开头的模糊查询,会导致全表扫描

(28)禁止使用JOIN查询,禁止大表使用子查询解读:会产生临时表,消耗较多内存与CPU,极大影响数据库性能

(29)禁止使用OR条件,必须改为IN查询解读:旧版本Mysql的OR查询是不能命中索引的,即使能命中索引,为何要让数据库耗费更多的CPU帮助实施查询优化呢?

(30)应用程序必须捕获SQL异常,并有相应处理

(31)同表的增删字段、索引合并一条DDL语句执行,提高执行效率,减少与数据库的交互。

1.3 一条SQL查询语句是如何执行

比如输入 MySQL 语句: **
**mysql> select * from T where ID=10;

MySQL 的基本架构示意图 219 大体来说,MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分。 Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等,涵盖 MySQL 的大多 数核心服务功能,以及所有的内置函数(如日期、时间、数学和加密函数等),所有跨存储 引擎的功能都在这一层实现,比如存储过程、触发器、视图等。 而存储引擎层负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的,支持 InnoDB、MyISAM、 Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB,它从 MySQL 5.5.5 版本开始 成为了默认存储引擎。 也就是说,你执行 create table 建表的时候,如果不指定引擎类型,默认使用的就是 InnoDB。不过,你也可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎,比如在 create table 语 句中使用 engine=memory, 来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不 同,支持的功能也不同,在后面的文章中,我们会讨论到引擎的选择。 从图中不难看出,不同的存储引擎共用一个 Server 层,也就是从连接器到执行器的部 分。你可以先对每个组件的名字有个印象,接下来结合开头提到的那条 SQL 语句,带你走 一遍整个执行流程,依次看下每个组件的作用。 连接器 第一步,你会先连接到这个数据库上,这时候接待你的就是连接器。连接器负责跟客户 端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的: mysql -hport -u$user -p 输完命令之后,你就需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在 -p 后面 写在命令行中,但这样可能会导致你的密码泄露。如果你连的是生产服务器,强烈建议你不 要这么做。 220 连接命令中的 mysql 是客户端工具,用来跟服务端建立连接。在完成经典的 TCP 握 手后,连接器就要开始认证你的身份,这个时候用的就是你输入的用户名和密码。 如果用户名或密码不对,你就会收到一个"Access denied for user"的错误,然后客户端程 序结束执行。 如果用户名密码认证通过,连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。之后,这个连接 里面的权限判断逻辑,都将依赖于此时读到的权限。 这就意味着,一个用户成功建立连接后,即使你用管理员账号对这个用户的权限做了修 改,也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后,只有再新建的连接才会使用新的权限设 置。 连接完成后,如果你没有后续的动作,这个连接就处于空闲状态,你可以在 show processlist 命令中看到它。文本中这个图是 show processlist 的结果,其中的 Command 列 显示为“Sleep”的这一行,就表示现在系统里面有一个空闲连接。 数据库里面,长连接是指连接成功后,如果客户端持续有请求,则一直使用同一个连 接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接,下次查询再重新建立一个。 建立连接的过程通常是比较复杂的,所以我建议你在使用中要尽量减少建立连接的动 作,也就是尽量使用长连接。 查询缓存 连接建立完成后,你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步:查询缓存。 MySQL 拿到一个查询请求后,会先到查询缓存看看,之前是不是执行过这条语句。之 前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式,被直接缓存在内存中。key 是查 询的语句,value 是查询的结果。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key,那么这个 value 就会被直接返回给客户端。 如果语句不在查询缓存中,就会继续后面的执行阶段。执行完成后,执行结果会被存入 查询缓存中。你可以看到,如果查询命中缓存,MySQL 不需要执行后面的复杂操作,就可 以直接返回结果,这个效率会很高。 但是大多数情况下我会建议你不要使用查询缓存,为什么呢?因为查询缓存往往弊大 于利。 查询缓存的失效非常频繁,只要有对一个表的更新,这个表上所有的查询缓存都会被清 空。因此很可能你费劲地把结果存起来,还没使用呢,就被一个更新全清空了。对于更新压 力大的数据库来说,查询缓存的命中率会非常低。除非你的业务就是有一张静态表,很长时 间才会更新一次。比如,一个系统配置表,那这张表上的查询才适合使用查询缓存。 分析器 如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句了。首先,MySQL 需要知道你要做 什么,因此需要对 SQL 语句做解析。 221 分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句, MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么。 MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符 串“T”识别成“表名 T”,把字符串“ID”识别成“列 ID”。 做完了这些识别以后,就要做“语法分析”。根据词法分析的结果,语法分析器会根据 语法规则,判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。 如果你的语句不对,就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒。 优化器 经过了分析器,MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前,还要先经过优化器的 处理。 优化器是在表里面有多个索引的时候,决定使用哪个索引;或者在一个语句有多表关联 (join)的时候,决定各个表的连接顺序。 执行器 MySQL 通过分析器知道了你要做什么,通过优化器知道了该怎么做,于是就进入了执 行器阶段,开始执行语句。 开始执行的时候,要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限,如果没有,就 会返回没有权限的错误 如果有权限,就打开表继续执行。打开表的时候,执行器就会根据表的引擎定义,去使 用这个引擎提供的接口。 比如我们这个例子中的表 T 中,ID 字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的: 调用 InnoDB 引擎接口取这个表的第一行,判断 ID 值是不是 10,如果不是则跳过, 如果是则将这行存在结果集中; 调用引擎接口取“下一行”,重复相同的判断逻辑,直到取到这个表的最后一行。 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。 至此,这个语句就执行完成了。
比如输入 MySQL 语句: **mysql> select * from T where ID=10; MySQL 的基本架构示意图 219 大体来说,MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分。 Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等,涵盖 MySQL 的大多 数核心服务功能,以及所有的内置函数(如日期、时间、数学和加密函数等),所有跨存储 引擎的功能都在这一层实现,比如存储过程、触发器、视图等。 而存储引擎层负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的,支持 InnoDB、MyISAM、 Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB,它从 MySQL 5.5.5 版本开始 成为了默认存储引擎。 也就是说,你执行 create table 建表的时候,如果不指定引擎类型,默认使用的就是 InnoDB。不过,你也可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎,比如在 create table 语 句中使用 engine=memory, 来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不 同,支持的功能也不同,在后面的文章中,我们会讨论到引擎的选择。 从图中不难看出,不同的存储引擎共用一个 Server 层,也就是从连接器到执行器的部 分。你可以先对每个组件的名字有个印象,接下来结合开头提到的那条 SQL 语句,带你走 一遍整个执行流程,依次看下每个组件的作用。 连接器 第一步,你会先连接到这个数据库上,这时候接待你的就是连接器。连接器负责跟客户 端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的: mysql -hport -u$user -p 输完命令之后,你就需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在 -p 后面 写在命令行中,但这样可能会导致你的密码泄露。如果你连的是生产服务器,强烈建议你不 要这么做。 220 连接命令中的 mysql 是客户端工具,用来跟服务端建立连接。在完成经典的 TCP 握 手后,连接器就要开始认证你的身份,这个时候用的就是你输入的用户名和密码。 如果用户名或密码不对,你就会收到一个"Access denied for user"的错误,然后客户端程 序结束执行。 如果用户名密码认证通过,连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。之后,这个连接 里面的权限判断逻辑,都将依赖于此时读到的权限。 这就意味着,一个用户成功建立连接后,即使你用管理员账号对这个用户的权限做了修 改,也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后,只有再新建的连接才会使用新的权限设 置。 连接完成后,如果你没有后续的动作,这个连接就处于空闲状态,你可以在 show processlist 命令中看到它。文本中这个图是 show processlist 的结果,其中的 Command 列 显示为“Sleep”的这一行,就表示现在系统里面有一个空闲连接。 数据库里面,长连接是指连接成功后,如果客户端持续有请求,则一直使用同一个连 接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接,下次查询再重新建立一个。 建立连接的过程通常是比较复杂的,所以我建议你在使用中要尽量减少建立连接的动 作,也就是尽量使用长连接。 查询缓存 连接建立完成后,你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步:查询缓存。 MySQL 拿到一个查询请求后,会先到查询缓存看看,之前是不是执行过这条语句。之 前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式,被直接缓存在内存中。key 是查 询的语句,value 是查询的结果。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key,那么这个 value 就会被直接返回给客户端。 如果语句不在查询缓存中,就会继续后面的执行阶段。执行完成后,执行结果会被存入 查询缓存中。你可以看到,如果查询命中缓存,MySQL 不需要执行后面的复杂操作,就可 以直接返回结果,这个效率会很高。 但是大多数情况下我会建议你不要使用查询缓存,为什么呢?因为查询缓存往往弊大 于利。 查询缓存的失效非常频繁,只要有对一个表的更新,这个表上所有的查询缓存都会被清 空。因此很可能你费劲地把结果存起来,还没使用呢,就被一个更新全清空了。对于更新压 力大的数据库来说,查询缓存的命中率会非常低。除非你的业务就是有一张静态表,很长时 间才会更新一次。比如,一个系统配置表,那这张表上的查询才适合使用查询缓存。 分析器 如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句了。首先,MySQL 需要知道你要做 什么,因此需要对 SQL 语句做解析。 221 分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句, MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么。 MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符 串“T”识别成“表名 T”,把字符串“ID”识别成“列 ID”。 做完了这些识别以后,就要做“语法分析”。根据词法分析的结果,语法分析器会根据 语法规则,判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。 如果你的语句不对,就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒。 优化器 经过了分析器,MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前,还要先经过优化器的 处理。 优化器是在表里面有多个索引的时候,决定使用哪个索引;或者在一个语句有多表关联 (join)的时候,决定各个表的连接顺序。 执行器 MySQL 通过分析器知道了你要做什么,通过优化器知道了该怎么做,于是就进入了执 行器阶段,开始执行语句。 开始执行的时候,要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限,如果没有,就 会返回没有权限的错误 如果有权限,就打开表继续执行。打开表的时候,执行器就会根据表的引擎定义,去使 用这个引擎提供的接口。 比如我们这个例子中的表 T 中,ID 字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的: 调用 InnoDB 引擎接口取这个表的第一行,判断 ID 值是不是 10,如果不是则跳过, 如果是则将这行存在结果集中; 调用引擎接口取“下一行”,重复相同的判断逻辑,直到取到这个表的最后一行。 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。 至此,这个语句就执行完成了。**

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