MySQL中的資料型別與schema優化

coldplay.xixi
發布: 2020-10-26 17:58:09
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#最近在學習MySQL最佳化方面的知識。 Mysql教學欄位就資料型態和schema方面的最佳化進行介紹。

1.選擇優化的資料類型

MySQL支援的資料類型有很多,而如何選擇正確的資料類型,對於效能來說是至關重要的。以下幾個原則能夠幫助確定資料類型:

  1. 通常更小更好

    ##要注意使用可以正確儲存資料的最小資料類型,夠用就好。這樣將佔用較少的磁碟、記憶體和緩存,而在處理時的運行時間較少。

  2. # 簡單就好

    當兩種資料類型都勝任一個字段的存儲工作時,簡單的那一方,往往是最好的選擇。例如整型和字符串,由於整型的操作代價要小於字符,所以當在兩者之間在選擇之間,選擇整數通常能夠獲得更好的效能。

  3. ##盡量避免NULL

    當列值NULL時,對於MySQL來說,在索引和值比較等方面需要做更多的工作,雖然對效能的影響不大,但也應該避免設計為NULL。

除以上原則,在選擇資料類型時,需遵循的步驟:先確定合適的大類型,例如下面的資料、字串、時間等;然後再選擇具體的類型。將討論大類型下面的一些具體類型,首先是數字,有兩種類型:整數和實數。

1.1 整數類型

整數類型和所佔用的空間如下:

##整數型別空間大小(位元)#TINYINT8SMALLINT16MEDIUMINT#24INT 32BIGINT64

整數類型所能儲存的範圍和空間大小有關:-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,當宣告時,表示不允許負數,則儲存範圍變為:0至2^(N)-1,擴大了一倍。

在MySQL中,也可以為整數型別指定寬度,例如INT(1),但這樣的意義不大,並不會限制值的合法範圍,仍能儲存-2^31至2 ^31-1的值,影響的是與MySQL的互動工具顯示字元的數量。

1.2 實數型別

實數型別的比較如下:

實數型別 空間大小(Byte) 取值範圍 計算精確度
#FLOAT 4 為負數: -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
  • 與精確度有關

同DOUBLE

#精確計算DECIMAL所佔空間大小與指定的精確度有關,例如DECIMAL(M,D):M為整個數字的最大長度,取值範圍為[1, 65 ],預設值為10;D為小數點後的長度,取值範圍為[0, 30],且D <= M,預設值為0。 MySQL在儲存DECIMAL類型時會作為二進位字串存儲,每4個位元組存9個數字,當不足9位時,數字的佔用空間如下:數字個數字佔用空間(Byte)1、2 13、4
從上面可以看出,FLOAT和DOUBLE都有固定的空間大小,但同時由於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,同時佔用的空間會相較更大,所耗費的計算開銷也更多。

2

  1. #5、6
  2. ##3

#7、8

4

#小數點前後將分別存儲,同時小數點也要佔1個位元組。以下舉出兩個計算的例子:

DECIMAL(18, 9):整數部分長度為9,佔用4個位元組。小數部分長度為9,佔用4個位元組。同時加上小數點1個字節,則總共佔用9個位元組。
  1. DECIMAL(20, 9):整數部分長度為14,佔用7(4 3)個位元組。小數部分長度為9,佔用4個位元組。同時加上小數點1個字節,則總共佔用12個位元組。
  2. 可以看出DECIMAL的空間佔用還是很大的,因此只有當需要精確計算小數時,才需要使用DECIMAL。除此之外,我們還可以使用BIGINT代替DECIMAL,例如需要確保小數點後5位的計算,可以將值乘上10的5次方後作為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。
  3. 1.3 字串型別

最常用的字串型別當屬VARCHAR和CHAR。 VARCHAR作為可變長字串,會使用1或2個額外位元組記錄字串的長度,當最大長度未超過255時,只需1個位元組記錄長度,超過255,則需2個位元組。 VARCHAR的適用場景

  1. 最大長度比平均長度大很多;
  2. 列的更新少,避免碎片;
  3. 使用複雜的字元集,如UTF-8,每個字元能使用不同的位元組儲存。

CHAR則為定長字串,根據定義的字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,針對儲存大字串,可以使用BLOB和TEXT型別。 BLOB和TEXT的差別在於,是以方式存儲,而是以方式儲存。這也導致,BLOB類型的資料沒有字元集的概念,無法按字元排序,而TEXT類型則有字元集的概念,可以按字元排序。兩者的使用場景,也由儲存格式決定了,當儲存二進位資料時,例如圖片,應使用BLOB,而儲存文字時,例如文章,則應使用TEXT類型。 1.4 日期和時間類型MySQL中所能儲存的最小時間粒度為秒,常用的日期類型有DATETIME和TIMESTAMP。 空間大小(Byte)格式為YYYYMMDDHHMMSS的整數
BLOB二進位TEXT字元
類型 儲存內容
時區概念 DATETIME
8######無############TIMESTAMP ######從1970年1月1日零點以來的秒數######4######有############

TIMESTAMP顯示的值將依賴時區,意義在不同時區查詢到的值將不一樣。除了上述列出的不同,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,將會設定這個列的值為目前時間。

我們在開發過程中,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。

如果我們想儲存的日期和時間精確到秒之後,怎麼辦?由於MySQL並未提供,所以我們可以使用BIGINT儲存微妙等級的時間戳,或是使用DOUBLE儲存秒之後的小數部分。

1.5 選擇標識符

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

2. 範式與反範式

簡單來說,範式就是一張資料表的表結構所符合的某種設計標準的層級。第一範式,屬性不可分割,現在的RDBMS系統建成的表格都是符合第一範式的。而第二範式,則是消除非主屬性對碼(可以理解為主鍵)的部分依賴。第三範式消除非主屬性對碼的傳遞依賴。具體的介紹,可以讀讀知乎上的這個回答(https://www.zhihu.com/question/24696366/answer/29189700)

嚴格範式化的資料庫中,每個事實資料會出現且只出現一次,不會出現資料冗餘,這樣所能帶能帶來的好處有:

  1. 更新操作更快;
  2. 修改更少的資料;
  3. 表更小,更好地放記憶體中,執行操作更快;
  4. 更少需要DISTINCT或GROUP BY。

但也因為資料分散存在各張表中,查詢時需要對錶進行關聯。而反範式的優點則是不用進行關聯,將資料冗餘儲存。

在實際應用中,不會出現完全的範式化或完全的反範式化,時常需要混用範式和反範式,使用部分範式化的schema,往往是最好的選擇。關於資料庫設計,在網路上看到這樣一段話,大家可以感受下。

資料庫設計應該分為三個境界:

第一境界:剛入門資料庫設計,範式的重要性還未深刻理解。這時候出現的反範式設計,一般會出問題。

第二境界:隨著遇到問題解決問題,漸漸了解到範式的真正好處,從而快速設計出低冗餘、高效率的資料庫。

第三境界:再經過N年的鍛煉,是一定會發覺範式的限制的。此時再去打破範式,設計更合理的反範式部分。

範式就像武俠裡面的招數,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,招數熟練之後,必然是發現招數的局限性,要么忘掉招數,要么自創招數。

只要努力,加上多撐幾年,總能達到第二個境界,總會覺得範式是經典。此時能不過度依賴範式,快速突破範式限制的人,自然是高手。

4. 快取表和匯總表

除了上述所說的反範式,在表中儲存冗餘數據,我們還可以建立一張完全獨立的總表或快取表,來滿足檢索的需要。

快取表,指的是儲存可以從schema其他表取得資料的表,也就是邏輯上冗餘的資料。而匯總表,則指的是儲存使用GROUP BY等語句聚合數據,計算出的不冗餘的數據。

快取表,可用於優化搜尋和檢索查詢語句,這裡可以使用的技巧有對快取表使用不同的儲存引擎,例如主表使用InnoDB,而快取表則可使用MyISAM,獲得更小的索引佔用空間。甚至可以將快取表放到專門的搜尋系統中,例如Lucene。

總結表,則是為了避免即時計算統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運算有影響。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,統計後寫一筆記錄到匯總表,當查詢時,只需查詢匯總表上最新的24筆記錄,而不必每次查詢時都去掃描全表進行統計。

在使用快取表和匯總表時,必須決定是即時維護資料還是定期重建,這取決於我們的需求。定期重建相比即時維護,能節省更多的資源,表的碎片更少。而在重建時,我們仍需保證資料在操作時可用,需要透過「影子表」來實現。在真實表後建立一張影子表,當填入好資料後,透過原子的重新命名操作來切換影子表和原表。

5. 加快ALTER TABLE操作的速度

當MySQL在執行ALTER TABLE操作時,往往是新建一張表,然後把資料從舊表查出並插入到新表中,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

  1. 在一台不提供服務的機器上執行ALTER TABLE操作,然後再與提供服務的主函式庫進行切換;
  2. “影子拷貝”,建立一張與原始表無關的新表,在資料遷移完成後,透過重新命名操作進行切換。

但也不是所有的ALTER TABLE操作會造成表格重建,例如在修改欄位的預設值時,使用MODIFY COLUMN會進行表格重建,而使用ALTER COLUMN則不會進行表格重建,操作速度很快。這是因為ALTER COLUMN在修改預設值時,會直接修改了存在表格的.frm檔案(儲存欄位的預設值),而並未重建表格。

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來源:juejin.im
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