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詳解MySQL中的數據類型和schema優(yōu)化

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最近在學習MySQL優(yōu)化方面的知識。本文就數據類型和schema方面的優(yōu)化進行介紹。

1. 選擇優(yōu)化的數據類型

MySQL支持的數據類型有很多,而如何選擇出正確的數據類型,對于性能是至關重要的。以下幾個原則能夠幫助確定數據類型:

  • 更小的通常更好

應盡可能使用可以正確存儲數據的最小數據類型,夠用就好。這樣將占用更少的磁盤、內存和緩存,而在處理時也會耗時更少。

  • 簡單就好

當兩種數據類型都能勝任一個字段的存儲工作時,選擇簡單的那一方,往往是最好的選擇。例如整型和字符串,由于整型的操作代價要小于字符,所以當在兩者之間選擇時,選擇整型通常能夠獲得更好的性能。

  • 盡量避免NULL

當列可為NULL時,對于MySQL來說,在索引和值比較等方面需要做更多的工作,雖然對性能的影響不是很大,但也應盡量避免設計為可為NULL。

除了以上原則,在選擇數據類型時,需遵循的步驟:首先確定合適的大類型,例如數據、字符串、時間等;然后再選擇具體的類型。下面將討論大類型下的一些具體類型,首先是數字,有兩種類型:整數和實數。

1.1 整數類型

整數類型和所占用的空間如下:

整數類型 空間大小(bit)
TINYINT 8
SMALLINT 16
MEDIUMINT 24
INT 32
BIGINT 64

整數類型所能存儲的范圍和空間大小有關:-2^(N-1)至2^(N-1)-1,其中N為空間大小的位數。

整數類型具有UNSIGNED的可選屬性,當聲明時,表示不允許負數,則存儲范圍變?yōu)椋?至2^(N)-1,擴大了一倍。

在MySQL中,還可以為整數類型指定寬度,例如INT(1),但這樣的意義并不大,并不會限制值的合法范圍,仍能存儲-2^31至2^31-1的值,所影響的是與MySQL的交互工具顯示字符的個數。

1.2 實數類型

實數類型的對比如下:

實數類型 空間大?。˙yte) 取值范圍 計算精度
FLOAT 4 負數:-3.4E+38~-1.17E-38;非負數:0、1.17E-38~3.4E+38 近似計算
DOUBLE 8 負數:-1.79E+308~-2.22E-308;非負數:0、2.22E-308~1.79E+308 近似計算
DECIMAL 與精度有關 同DOUBLE 精確計算

從上面可以看出,FLOAT和DOUBLE都有固定的空間大小,但同時由于是使用標準的浮點運算,所以只能近似計算。而DECIMAL則可以實現精確計算,與此同時占用的空間會相較更大,所耗費的計算開銷也更多。

DECIMAL所占空間大小與指定的精度有關,例如DECIMAL(M,D):

  • M為整個數字的最大長度,取值范圍為[1, 65],默認值為10;
  • D為小數點后的長度,取值范圍為[0, 30],且D = M,默認值為0。

MySQL在存儲DECIMAL類型時會作為二進制字符串存儲,每4個字節(jié)存9個數字,當不足9位時,數字的占用空間如下:

數字個數 占用空間(Byte)
1、2 1
3、4 2
5、6 3
7、8 4

小數點前后將分別存儲,同時小數點也要占1個字節(jié)。下面舉兩個計算的例子:

  • DECIMAL(18, 9):整數部分長度為9,占用4個字節(jié)。小數部分長度為9,占用4個字節(jié)。同時加上小數點1個字節(jié),則總共占用9個字節(jié)。
  • DECIMAL(20, 9):整數部分長度為14,占用7(4+3)個字節(jié)。小數部分長度為9,占用4個字節(jié)。同時加上小數點1個字節(jié),則總共占用12個字節(jié)。

可以看出DECIMAL的空間占用還是很大的,因此只有當需要對小數進行精確計算時,才需要使用DECIMAL。除此之外,我們還可以使用BIGINT代替DECIMAL,例如需要保證小數點后5位的計算,可以將值乘上10的5次方后作為BIGINT存儲,這樣能同時避免浮點存儲計算不精確和DECIMAL精確計算代價高的問題。

1.3 字符串類型

最常用的字符串類型當屬VARCHAR和CHAR。 VARCHAR 作為 可變長字符串 ,會使用1或2個額外字節(jié)記錄字符串的長度,當最大長度未超過255時,只需1個字節(jié)記錄長度,超過255,則需2個字節(jié)。VARCHAR的 適用場景 :

  • 最大長度比平均長度大很多;
  • 列的更新少,避免碎片;
  • 使用復雜的字符集,如UTF-8,每個字符能使用不同的字節(jié)存儲。

CHAR則為 定長字符串 ,根據定義的字符串長度分配足夠的空間, 適用場景 :

  • 長度短;
  • 長度相近,例如MD5;
  • 經常更新。

除了VARCHAR和CHAR,針對存儲大字符串,可以使用BLOB和TEXT類型。BLOB和TEXT的區(qū)別在于, BLOB 是以 二進制 方式存儲,而 TEXT 是以 字符 方式存儲。這也導致,BLOB類型的數據沒有字符集的概念,無法按字符排序,而TEXT類型則有字符集的概念,可以按字符排序。兩者的使用場景,也由存儲格式決定了,當存儲二進制數據時,例如圖片,應使用BLOB,而存儲文本時,例如文章,則應使用TEXT類型。

1.4 日期和時間類型

MySQL中所能存儲的最小時間粒度為秒,常用的日期類型有DATETIME和TIMESTAMP。

類型 存儲內容 空間大小(Byte) 時區(qū)概念
DATETIME 格式為YYYYMMDDHHMMSS的整數 8
TIMESTAMP 從1970年1月1日零點以來的秒數 4

TIMESTAMP顯示的值將依賴于時區(qū),意味在不同時區(qū)查詢到的值將不一樣。除了以上列出的不同,TIMESTAMP還具有一個特殊屬性,在插入和更新時,如果沒有指定第一個TIMESTAMP列的值,將會設置這個列的值為當前時間。

我們在開發(fā)過程中,應盡量使用TIMESTAMP,主要是因為其空間大小僅需DATETIME的一半,空間效率更高。

如果我們想存儲的日期和時間精確到秒之后,怎么辦?由于MySQL并未提供,所以我們可以使用BIGINT存儲微妙級別的時間戳,或者使用DOUBLE存儲秒之后的小數部分。

1.5 選擇標識符

通常來說整數是標識符的最好選擇,主要是因為其簡單,計算快,且可使用AUTO_INCREMENT。

2. 范式和反范式

簡單來說,范式就是一張數據表的表結構所符合的某種設計標準的級別。第一范式,屬性不可分割,現在的RDBMS系統(tǒng)建成的表都是符合第一范式的。而第二范式,則是消除非主屬性對碼(可以理解為主鍵)的部分依賴。第三范式消除非主屬性對碼的傳遞依賴。

嚴格 范式化 的數據庫中,每個事實數據會出現且只出現一次, 不會出現數據冗余 ,這樣所能帶能帶來的好處有:

  • 更新操作更快;
  • 修改更少的數據;
  • 表更小,更好地放內存中,執(zhí)行操作更快;
  • 更少需要DISTINCT或GROUP BY。

但也由于數據分散存在各張表中,查詢時需要對表進行關聯。而 反范式 的優(yōu)點則是 不用進行關聯 ,將數據冗余存儲。

在實際應用中,不會出現完全的范式化或完全的反范式化,時常需要 混用范式和反范式 ,使用部分范式化的schema,往往是最好的選擇。關于數據庫設計,在網上看到這樣一段話,大家可以感受下。

數據庫設計應該分為三個境界:

第一境界:剛入門數據庫設計,范式的重要性還未深刻理解。這時候出現的反范式設計,一般會出問題。

第二境界:隨著遇到問題解決問題,漸漸了解到范式的真正好處,從而能快速設計出低冗余、高效率的數據庫。

第三境界:再經過N年的鍛煉,是一定會發(fā)覺范式的局限性的。此時再去打破范式,設計更合理的反范式部分。

范式就像武俠里面的招數,初學者妄想不按招數來,只能死的很難堪。畢竟招數都是高手總結歸納的精華。而隨著武功提高,招數熟練之后,必然是發(fā)現招數的局限性,要么忘掉招數,要么自創(chuàng)招數。

只要努力,加上多熬幾年,總能達到第二個境界,總會覺得范式是經典。此時能不過分依賴范式,快速突破范式局限性的人,自然是高手。

3. 緩存表和匯總表

除了上述說到的反范式,在表中存儲冗余數據,我們還可以創(chuàng)建一張完全獨立的匯總表或緩存表,來滿足檢索的需要。

緩存表,指的是存儲可以從schema其他表中獲取數據的表,也就是邏輯上冗余的數據。而 匯總表 ,則指的是存儲使用GROUP BY等語句聚合數據,計算出的不冗余的數據。

緩存表,可用于 優(yōu)化搜索和檢索查詢語句 ,這里可以使用的技巧有對緩存表使用不同的存儲引擎,例如主表使用InnoDB,而緩存表則可使用MyISAM,獲得更小的索引占用空間。甚至可以將緩存表放到專門的搜索系統(tǒng)中,例如Lucene。

匯總表,則是為了 避免實時計算統(tǒng)計值所帶來的高昂代價 ,代價來自兩方面,一是需要掃描表中的大部分數據,二是建立特定的索引,會對UPDATE操作有影響。例如,查詢微信過去24小時的朋友圈數量,則可固定每1小時掃描全表,統(tǒng)計后寫一條記錄到匯總表,當查詢時,只需查詢匯總表上最新的24條記錄,而不必每次查詢時都去掃描全表進行統(tǒng)計。

在使用緩存表和匯總表時,必須決定是 實時維護數據 還是 定期重建 ,這取決于我們的需求。定期重建相比實時維護,能節(jié)省更多的資源,表的碎片更少。而在重建時,我們仍需保證數據在操作時可用,需要通過“ 影子表 ”來實現。在真實表后創(chuàng)建一張影子表,當填充好數據后,通過原子的重命名操作來切換影子表和原表。

4. 加快ALTER TABLE操作的速度

當MySQL在執(zhí)行ALTER TABLE操作時,往往是新建一張表,然后把數據從舊表查出并插入到新表中,再刪除舊表,如果表很大,這樣需要花費很長時間,且會導致MySQL的服務中斷。為了避免服務中斷,通常可以使用 兩種技巧 :

在一臺不提供服務的機器上執(zhí)行ALTER TABLE操作,然后再與提供服務的主庫進行切換;
“影子拷貝”,建立一張與原表無關的新表,在數據遷移完成后,通過重命名操作進行切換。
但也 不是所有的ALTER TABLE操作會引起表重建 ,例如在修改字段的默認值時,使用MODIFY COLUMN會進行表重建,而使用ALTER COLUMN則不會進行表重建,操作速度很快。這是因為ALTER COLUMN在修改默認值時,會直接修改了存在表的.frm文件(存儲字段的默認值),而并未重建表。

參考

《高性能MySQL》

MySQL DECIMAL 數據類型

以上就是詳解MySQL中的數據類型和schema優(yōu)化的詳細內容,更多關于MySQL 數據類型和schema優(yōu)化的資料請關注腳本之家其它相關文章!

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