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数据库两大必备神器:索引和锁底层原理是什么

2019-06-10    
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一、索引

在之前,我对索引有以下的认知:

看起来好像啥都知道,但面试让你说的时候可能就GG了:

1、聊聊索引的基础知识

首先Mysql的基本存储结构是页(记录都存在页里边):

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所以说,如果我们写select * from user where username = 'JAVA3y'这样没有进行任何优化的sql语句,默认会这样做:

很明显,在数据量很大的情况下这样查找会很慢!

2、索引提高检索速度

索引做了些什么可以让我们查询加快速度呢?

其实就是将无序的数据变成有序(相对):

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要找到id为8的记录简要步骤:

数据库两大必备神器:索引和锁底层原理是什么

 

 

很明显的是:没有用索引我们是需要遍历双向链表来定位对应的页,现在通过"目录"就可以很快地定位到对应的页上了!

其实底层结构就是B+树,B+树作为树的一种实现,能够让我们很快地查找出对应的记录。

3、索引降低增删改的速度

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如果一棵普通的树在极端的情况下,是能退化成链表的(树的优点就不复存在了)

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B+树是平衡树的一种,是不会退化成链表的,树的高度都是相对比较低的(基本符合矮矮胖胖(均衡)的结构)【这样一来我们检索的时间复杂度就是O(logn)】!从上一节的图我们也可以看见,建立索引实际上就是建立一颗B+树。

4、哈希索引

除了B+树之外,还有一种常见的是哈希索引。

哈希索引就是采用一定的哈希算法,把键值换算成新的哈希值,检索时不需要类似B+树那样从根节点到叶子节点逐级查找,只需一次哈希算法即可立刻定位到相应的位置,速度非常快。

 

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看起来哈希索引很牛逼啊,但其实哈希索引有好几个局限(根据他本质的原理可得):

5、InnoDB支持哈希索引吗?

主流的还是使用B+树索引比较多,对于哈希索引,InnoDB是自适应哈希索引的(hash索引的创建由InnoDB存储引擎引擎自动优化创建,我们干预不了)!

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6、聚集和非聚集索引

简单概括:

区别:

非聚集索引也叫做二级索引,不用纠结那么多名词,将其等价就行了~

非聚集索引在建立的时候也未必是单列的,可以多个列来创建索引。

 

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在创建多列索引中也涉及到了一种特殊的索引-->覆盖索引

比如说:

7、索引最左匹配原则

最左匹配原则:

例子:

8、=、in自动优化顺序

不需要考虑=、in等的顺序,mysql会自动优化这些条件的顺序,以匹配尽可能多的索引列。

例子:

9、索引总结

索引在数据库中是一个非常重要的知识点!上面谈的其实就是索引最基本的东西,要创建出好的索引要顾及到很多的方面:

二、锁

数据库两大必备神器:索引和锁底层原理是什么

 

 

在mysql中的锁看起来是很复杂的,因为有一大堆的东西和名词:排它锁,共享锁,表锁,页锁,间隙锁,意向排它锁,意向共享锁,行锁,读锁,写锁,乐观锁,悲观锁,死锁。这些名词有的博客又直接写锁的英文的简写--->X锁,S锁,IS锁,IX锁,MMVC...

锁的相关知识又跟存储引擎,索引,事务的隔离级别都是关联的....

这就给初学数据库锁的人带来不少的麻烦~~~于是我下面就简单整理一下数据库锁的知识点,希望大家看完会有所帮助。

1、为什么需要学习数据库锁知识

不少人在开发的时候,应该很少会注意到这些锁的问题,也很少会给程序加锁(除了库存这些对数量准确性要求极高的情况下)

一般也就听过常说的乐观锁和悲观锁,了解过基本的含义之后就没了~~~

定心丸:即使我们不会这些锁知识,我们的程序在一般情况下还是可以跑得好好的。因为这些锁数据库隐式帮我们加了:

只会在某些特定的场景下才需要手动加锁,学习数据库锁知识就是为了:

2、表锁简单介绍

首先,从锁的粒度,我们可以分成两大类:

不同的存储引擎支持的锁粒度是不一样的:

InnoDB只有通过索引条件检索数据才使用行级锁,否则,InnoDB将使用表锁

表锁下又分为两种模式:

 

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从上面已经看到了:读锁和写锁是互斥的,读写操作是串行。

值得注意的是:

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3、乐观锁和悲观锁

无论是Read committed还是Repeatable read隔离级别,都是为了解决读写冲突的问题。

单纯在Repeatable read隔离级别下我们来考虑一个问题:

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此时,用户李四的操作就丢失掉了:

(ps:暂时没有想到比较好的例子来说明更新丢失的问题,虽然上面的例子也是更新丢失,但一定程度上是可接受的..不知道有没有人能想到不可接受的更新丢失例子呢...)

解决的方法:

3.1、悲观锁

所以,按照上面的例子。我们使用悲观锁的话其实很简单(手动加行锁就行了):

在select 语句后边加了 for update相当于加了排它锁(写锁),加了写锁以后,其他的事务就不能对它修改了!需要等待当前事务修改完之后才可以修改.

3.2、乐观锁

乐观锁不是数据库层面上的锁,是需要自己手动去加的锁。一般我们添加一个版本字段来实现:

具体过程是这样的:

张三select * from table --->会查询出记录出来,同时会有一个version字段

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李四select * from table --->会查询出记录出来,同时会有一个version字段

数据库两大必备神器:索引和锁底层原理是什么

 

 

李四对这条记录做修改:update A set Name=lisi,version=version+1 where ID=#{id} and version=#{version},判断之前查询到的version与现在的数据的version进行比较,同时会更新version字段

此时数据库记录如下:

数据库两大必备神器:索引和锁底层原理是什么

 

 

张三也对这条记录修改:update A set Name=lisi,version=version+1 where ID=#{id} and version=#{version},但失败了!因为当前数据库中的版本跟查询出来的版本不一致!

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4、间隙锁GAP

当我们用范围条件检索数据而不是相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合范围条件的已有数据记录的索引项加锁;对于键值在条件范围内但并不存在的记录,叫做“间隙(GAP)”。InnoDB也会对这个“间隙”加锁,这种锁机制就是所谓的间隙锁。

值得注意的是:间隙锁只会在Repeatable read隔离级别下使用~

例子:假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1,2,...,100,101

Select * from emp where empid > 100 for update;

上面是一个范围查询,InnoDB不仅会对符合条件的empid值为101的记录加锁,也会对empid大于101(这些记录并不存在)的“间隙”加锁。

InnoDB使用间隙锁的目的有两个:

5、死锁

并发的问题就少不了死锁,在MySQL中同样会存在死锁的问题。

但一般来说MySQL通过回滚帮我们解决了不少死锁的问题了,但死锁是无法完全避免的,可以通过以下的经验参考,来尽可能少遇到死锁:

6、锁总结

上面说了一大堆关于MySQL数据库锁的东西,现在来简单总结一下。

表锁其实我们程序员是很少关心它的:

现在我们大多数使用MySQL都是使用InnoDB,InnoDB支持行锁:

在默认的情况下,select是不加任何行锁的~事务可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁。

InnoDB基于行锁还实现了MVCC多版本并发控制,MVCC在隔离级别下的Read committed和Repeatable read下工作。MVCC能够实现读写不阻塞!

InnoDB实现的Repeatable read隔离级别配合GAP间隙锁已经避免了幻读!

三、总结

本文主要介绍了数据库中的两个比较重要的知识点:索引和锁。他俩可以说息息相关的,锁会涉及到很多关于索引的知识~
 

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