【MySQL 进阶之路】相识 性能优化 与 设计原则

1.B+树的优势

“矮胖”结构：

• 矮：B+树的每个节点存储更多的关键字，从而淘汰了树的层级（最多三层），淘汰了磁盘I/O操作，提高了查询效率。
  
• 胖：叶子节点存储实际的数据，并使用双向链表连接。支持高效的顺序访问和范围查询。
  

优势：

• 查询性能稳固：
  
  
  
  • 在B+树中，所有查询都必须从根节点逐层经过子节点，最终到达叶子节点，包管了查询路径的稳固性。
    
  
  
• 支持范围查询：
  
  
  
  • B+树的叶子节点形成了有序的双向链表，使得范围查询非常高效。通过链表的顺序访问，B+树能够快速遍历满足条件的数据，从而大大提高了范围查询的效率。
    
  
  

2.什么是最左前缀原则，为什么要有最左前缀原则？

最左前缀原则（Leftmost Prefix Principle） 是一种在分析和匹配字符串的过程中常用的计谋，尤其在某些算法和情势语言理论中非常重要。
递归降落分析：语法分析中，如果有多个规则可以匹配，分析器优先选择第一个（最左边的）规则进行匹配。
正则表达式匹配： 默认会选择最左侧的匹配结果
推理引擎：在一些推理问题中，都按照最左侧路径进行处置处罚。
为什么要有最左前缀原则？

• 优化查询性能：
  最左前缀原则能帮助数据库优化查询。当查询条件包含索引的前缀列时，数据库能通过索引快速定位数据，从而制止全表扫描，提高查询效率。如果查询条件没有按照索引列的顺序分列，则数据库无法完全使用该复合索引，可能导致性能降落。
  
• 提高索引掷中率：
  索引的顺序决定了查询条件能否高效使用索引。如果查询条件的列顺序不符合复合索引的最左前缀顺序，数据库可能无法使用索引的部分大概全部列，从而影响查询的性能。
  
• 淘汰不必要的扫描：
  按照最左前缀原则，查询能够在索引的前缀部分直接找到匹配的行，淘汰对整个数据表的扫描。如果索引列顺序不匹配，可能会导致数据库无法使用索引或只能使用部分索引，增加了不必要的数据扫描。
  

3.什么是索引覆盖？为什么要有索引覆盖？

索引覆盖（Index Covering）指的是数据库查询时，所有必要的数据都可以从索引中直接获取，而不必要访问表中的实际数据行。也就是说，查询的字段完全由索引提供。
为什么要有索引覆盖？

• 提拔查询效率：制止回表操作（不必要访问实际数据行），淘汰I/O开销，提高查询速率。
  
• 淘汰资源斲丧：通过索引直接获取数据，淘汰磁盘和内存的使用，节流体系资源。
  
• 提高响应速率：特殊是在大数据量情况下，覆盖索引能显著淘汰查询时间，提拔体系响应性能。
  

4.MySQL 中的 AUTO_INCREMENT 是如何工作的？

AUTO_INCREMENT 是 MySQL 中一种用于主动生成唯一值的属性，常用于表中的主键列。每当插入新记载时，MySQL 会主动为该列生成一个递增的唯一整数值。
工作原理：

• AUTO_INCREMENT 值从 1 开始递增（默认情况下），每插入一行记载，值就会主动加 1。
  
• AUTO_INCREMENT 的值是线程安全的，可以包管在多个用户同时插入数据时，不会产生重复的值。
  
• 可以通过 ALTER TABLE 修改 AUTO_INCREMENT 的起始值或步长。
  
• 在删除记载后，AUTO_INCREMENT 的值不会主动回收，如果希望重新使用删除的 ID 值，必要手动设置。
  

5.什么是数据库的范式（Normalization）？为什么必要规范化设计？

数据库范式是对数据库结构进行规范化的过程，目的是淘汰冗余数据，制止更新非常，包管数据的同等性。常见的范式有以下几种：

• 第一范式（1NF）：
  关系数据库中的每一列必须包含原子值，即每个字段只能存储一个值，不允许有重复的列或表。
  
• 第二范式（2NF）：
  在 1NF 的基础上，要求表中的每个非主键列必须完全依赖于主键，制止部分依赖。主要解决了第一范式中可能存在的冗余数据问题。
  
• 第三范式（3NF）：
  在 2NF 的基础上，要求表中不存在非主键字段对其他非主键字段的依赖，即消除通报依赖。
  
• BCNF（博茨-科德范式）：
  在 3NF 的基础上，进一步要求每个决定因素都是候选键。
  
• 第四范式（4NF）：
  消除多值依赖，确保没有两个以上的独立多值依赖存在。
  

规范化设计的优点：

• 淘汰数据冗余：通过拆分表格和制止数据重复，节流存储空间。
  
• 提高数据同等性：制止数据不同等的情况，淘汰数据更新非常。
  
• 优化数据修改：数据修改只必要在一个地方进行，淘汰数据维护的复杂性。
  

6. 如何优化数据库查询性能？

优化数据库查询性能可以从多个方面入手，以下是一些常见的优化本领：

• 创建适当的索引：
  根据查询的需求，创建索引可以显著提高查询速率，尤其是对于 WHERE 子句、JOIN 条件、ORDER BY 等经常使用的列。然而，过多的索引会影响插入、删除和更新操作的性能。
  
• 制止 SELECT * 查询：
  使用 SELECT * 会选择所有列，查询性能会受到影响。建议只查询必要的字段。
  
• 使用查询缓存：
  对于重复查询的场景，开启查询缓存（在 MySQL 中是 query_cache）可以淘汰数据库的负担，返回缓存的查询结果。
  
• 制止在 WHERE 子句中使用函数：
  在 WHERE 子句中使用函数（例如 LOWER(column)）会使索引失效，导致全表扫描。只管制止这种写法。
  
• 分页查询优化：
  对于必要分页的查询，尤其是数据量较大的表，使用 LIMIT 和 OFFSET 时，可能会导致性能问题。优化分页查询可以考虑使用基于索引的查询（如 WHERE id > last_id）来制止性能降落。
  
• 合理使用 JOIN 类型：
  根据数据表的大小和查询需求，选择合适的 JOIN 类型。如果只必要左表中的记载，可以使用 LEFT JOIN，制止不必要的 INNER JOIN。
  
• 制止 N+1 查扣问题：
  当必要获取多个表的关联数据时，要制止产生过多的查询。可以使用 JOIN 来一次性获取所需数据，制止多次查询带来的性能问题。
  
• 合理设计数据表：
  将数据表拆分成合适的子表，以淘汰单表的数据量。合理的表结构设计可以显著提高查询和存储效率。
  
• 使用合适的存储引擎：
  MySQL 提供了多种存储引擎，如 InnoDB 和 MyISAM。InnoDB 支持事务、行级锁等特性，适用于大部分场景；而 MyISAM 适用于读取麋集型操作。
  
• 制止锁竞争：
  在高并发场景下，锁的竞争可能导致性能瓶颈。可以通过调整事务的隔离级别（如设置为 READ COMMITTED）来淘汰锁的争用。
  

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