MySQL 面试：MySQL 如何设计索引，如何优化查询？

1月 3 2024 mysql 29 分钟读完 (约 4393 字)

让我们详细设计一门深入理解 MySQL 的课程，特别是索引设计和查询优化方面的课程。

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主题：MySQL 概述

数字世界的一个重要部分是数据库，MySQL 是其中的一位明星。那么，MySQL 到底是什么呢？

MySQL 是一个关系数据库管理系统。但是，MySQL 与其他数据库管理系统有什么区别呢？它是开源的，这意味着任何人都可以使用和修改它。这导致了全球范围内开发人员和组织的广泛采用。

你经常会看到 MySQL 支持网站和应用程序的数据需求，甚至在科学研究中起到了帮助作用。它的灵活性在支持各种数据类型和提供了大量用于数据操作和提取的函数方面显著。它的强大安全系统也巩固了其在数据库领域的重要性。

MySQL 的可靠性和速度在数据检索和管理方面是众多数据库管理系统中的一个明星。

MySQL 的核心是结构化查询语言（SQL），它为用户提供了操作数据库的能力。我们可以创建、检索、更新和删除数据，并执行其他复杂分析通过 SQL 命令。

在我们的课程中，我们将帮助您熟悉 SQL，包括基本和更复杂的命令，并进行进一步的学习。

了解 MySQL 是了解以后主题，例如数据库架构、数据库设计的原则和特定主题，例如索引设计和查询优化，的先决条件。

主题：SQL in MySQL (Basics)

SQL，或结构化查询语言，是所有关系数据库管理系统的基石，包括 MySQL。它是我们与数据库交互和通信的语言。让我们来看看您需要了解的一些基本 SQL 命令，以便与 MySQL 数据库交互。

SELECT: 这是我们最常使用的命令——它允许我们选择数据库中的数据。例如，SELECT * FROM people; 将选择并显示所有数据从 “people” 表中。或者，您可能希望选择特定列，例如，先名和姓氏：SELECT firstname, lastname FROM people;。
INSERT INTO: 这个命令允许我们插入新数据到数据库中。例如，INSERT INTO people (firstname, lastname) VALUES('John', 'Doe'); 将插入一个新人，其名字为 John，姓氏为 Doe。
UPDATE: 就名称所言，使用这个命令可以更新现有数据。例如，UPDATE people SET age=30 WHERE firstname='John' AND lastname='Doe'; 将更新所有名为 John Doe 的人的年龄为 30。
DELETE: 请谨慎使用此命令，因为它会删除数据！例如，DELETE FROM people WHERE firstname='John' AND lastname='Doe'; 将删除所有名为 John Doe 的记录。
CREATE, ALTER, DROP: 这些命令用于操作数据库的架构或结构本身，并不是存储的数据。CREATE 允许我们创建新表，ALTER 允许更改表的结构，DROP 删除表。

熟悉这些命令将为您提供一个良好的基础，以深入探讨更复杂的 SQL 命令在 MySQL 中的使用。

请记在运行这些命令并了解其结果时练习。

主题：MySQL中的高级 SQL

虽然基本的 SQL 命令提供了一个坚实的基础，但是真正理解和利用 MySQL 的更高级工具来处理数据库是如此重要。下面是一些高级 MySQL 命令，可以帮助您更有效地操作数据库：

JOIN：SQL 的 JOIN 子句允许您根据公共字段组合来合并表的行。JOIN 命令有多种类型，例如 INNER JOIN、LEFT JOIN、RIGHT JOIN 和 FULL OUTER JOIN 等。例如：SELECT Orders.OrderID, Customers.CustomerName FROM Orders INNER JOIN Customers ON Orders.CustomerID = Customers.CustomerID; 这条命令将显示订单 ID 和客户名称从 Orders 和 Customers 表中，其中客户 ID 匹配。
GROUP BY：这个命令与聚合函数 COUNT、MAX、MIN、SUM 和 AVG 一起使用，用于根据一个或多列来分组结果集。例如：SELECT COUNT(animal_type), animal_type FROM animal GROUP BY animal_type; 这条命令将显示每种动物类型在 ‘animal’ 表中的数量。
HAVING：这个命令类似 WHERE 子句，但是适用于聚合函数。例如：SELECT COUNT(product_id), product_name FROM products GROUP BY product_name HAVING COUNT(product_id) > 5; 这条命令将显示来自 ‘products’ 表的产品名称和数量，但只显示数量大于 5 的产品名称。
UNION：UNION 操作用于合并两个或多个 SELECT 语句的结果集。每个 SELECT 语句内部必须有相同数量的列，并且列必须具有相似的数据类型。例如：SELECT column_name(s) FROM table1 UNION SELECT column_name(s) FROM table2;
CASE：这个命令允许 SQL 中的条件语句。例如：SELECT CASE WHEN age < 18 THEN 'Children' WHEN age BETWEEN 18 AND 65 THEN 'Adults' ELSE 'Seniors' END AS age_group FROM people; 这条命令根据人们的年龄来分类人们在 ‘people’ 表中。

学习这些命令会为您打开 MySQL 的全部力量。

记住，要真正理解这些，实践是关键。

主题：MySQL 中的数据库架构

在高效的数据库中，架构是至关重要的抽象蓝图，它展示了数据库结构的组织和访问方式。因此，让我们来讨论一下！

当您想象数据库时，想象一整个文件柜。在 MySQL 术语中，数据库中的表就成为了数据库架构的一部分。它们包含了我们通过 SQL 命令交互的数据。

每个文件柜（或者数据库）中的分区（或者列）被称为列或字段。每个列代表数据库中的一种数据类型。例如，在存储员工信息的表（或者文件柜）中，不同类别的信息，例如员工 ID、姓名、职位等，成为了不同的列。

设计数据库架构可能看起来很简单——为每种数据类型创建一个表，对吧？但是，不！有效地设计架构可以避免冗余，防止数据异常，并优化资源使用。

MySQL 强烈地遵循关系数据库的原则，将数据组织在相互链接的表中。这给我们带来了主键和外键这些概念，帮助建立表之间的连接（我们将在数据库设计课程中进一步讨论）。

主题：数据库设计的原则

设计数据库不仅仅是决定表、列和使用 SQL 命令。一个良好的数据库保证了有效和可靠的数据存储和检索。让我们来讨论一下数据库设计的基本原则：

实体-关系 (ER) 模型：想象一下实体是“事物”或“对象”，与数据库相关（例如公司数据库中的员工）。关系定义了这些实体之间的交互。以图形方式表示这些实体和其关系给我们提供了 ER 模型，这是数据库设计的基本步骤。
规范化：这是组织数据的过程，以消除冗余并提高数据完整性。有多种规范形式（第一、第二、第三、BCNF），每个形式都有其前提条件。
主键：每张表都必须有一个列（或一组列），称为主键，可以唯一地识别表中的每一行。
外键：这是另一张表的主键的字段（或集合）。外键用于防止破坏表之间的链接。
原子性：这是操作完全成功或失败的想法。您不想数据库更新部分完成——它完全成功或不成功。
安全性：数据库通常包含敏感数据。良好设计的数据库具有多层安全性，包括授权、访问控制和加密。
备份和恢复：数据是有价值的。良好设计的数据库包括定期备份策略和有效的恢复，以处理数据丢失。
可伸缩性和性能：良好的数据库设计还考虑了可伸缩性（数据量增长时数据库能否处理？）和性能（系统能够响应查询多快？）。

了解这些原则会为您提供一个能够设计一个健壮、可靠和高效的数据库的能力。

主题：MySQL 索引

MySQL 索引是数据库设计的关键部分，可以大大提高数据库表上的数据检索操作的速度。类似于书的索引，MySQL 索引允许数据库系统找到数据，而无需扫描整张数据库表中的每一行。

下面是关于 MySQL 索引的一些要点：

索引用于更快地找到具有特定列值的行。在没有索引的情况下，MySQL 必须从第一行开始，然后逐行读取整张数据库表，以找到相关的行。
索引还用于强制 UNIQUE 约束，并帮助有效的排序和分组。
索引可以根据其结构分类：B-Tree、哈希、RTree 和 Full-text。
B-Tree（平衡树）是最常用的索引结构，它按顺序排列数据，以便快速检索。 B-Tree 确保树保持平衡，以优化搜索时间。
索引会增加数据库操作的成本。虽然数据检索操作变得更快，但数据修改操作（例如 INSERT、UPDATE 和 DELETE）会变得更慢，因为需要额外的操作来维护索引。
不是所有的字段都需要索引。只有在 WHERE、ORDER BY、GROUP BY 或 JOIN 子句中使用的字段才会受益于索引。

了解和正确实现索引可以大大提高数据库操作的性能。

主题：在 MySQL 中设计索引

在高效的数据库管理中，设计索引是一个重要的部分。今天我们将讨论 MySQL 是如何设计索引的，以及它如何提高整体性能。

创建正确的索引是更多的艺术而不是科学，通常需要查询速度和写入速度之间的权衡。

在设计索引时要考虑的步骤：

选择正确的列： 索引可以包含多列，但是需要考虑列的顺序。MySQL 只能使用索引中的左侧列。

考虑数据类型： 数据类型越小，存储量越小，因此索引也越小，并且查询速度越快。

考虑卡尔性： 具有多个唯一值的列（高卡尔性）通常具有更有效的索引。

了解您的工作负载： 如果您的应用程序执行大量 SELECT 查询，则更多的索引可能有帮助。另一方面，如果您的应用程序执行大量 INSERT、UPDATE 和 DELETE 操作，则更多的索引可能会降低性能。

分析您的查询： 使用 MySQL 的 EXPLAIN 语句来了解如何使用您的索引，并识别可以进行改进的地方。

记住，索引是数据库设计的重要部分。它们可以显著提高数据库的性能，因此在处理大量数据时，总是值得考虑。

主题： MySQL 查询优化

管理数据库的一个重要方面是确保它们运行有效地。当处理大量数据时，查询可能会变得耗时。因此，在 MySQL 中优化这些查询是至关重要的，以提高数据库系统的整体性能。

在 MySQL 中进行查询优化包括多个步骤：

解析： MySQL 开始解析 SQL 查询，以确保其语法正确，并确定数据库对象的存在。
预处理： MySQL 决定表的读取顺序，尤其是多表查询。它还确定要使用的索引。
优化： MySQL 应用多种优化策略，以使查询更有效。最著名的是使用索引，但 MySQL 还利用其他技术，例如合并多个相似的查询，减少临时表，并选择有效的表连接路径。
执行： 最后，MySQL 执行查询并返回结果。实际执行是一个平衡，在从存储引擎获取数据和处理 SQL 命令之间进行。

了解 MySQL 如何优化查询有助于编写更有效的 SQL 代码并设计更好的数据库架构。它可以显著减少查询执行时间，特别是对复杂查询和大数据库的处理。

记住使用 EXPLAIN 语句，它可以提供有关如何优化您的查询的见解。它显示 MySQL 如何计划执行查询，并可能帮助识别瓶颈或改进的地方。

主题：复习和评估

经历了 MySQL 的复杂地图后，现在是时候进行详细回并通过评估测试你的实践知识了。

回：

我们开始了 MySQL 的角色，了解 MySQL 作为一个强大的数据库管理系统。
然后我们进入了 MySQL 的本质，了解 1.2 SQL 在 MySQL（基本） 和 1.3 SQL 在 MySQL（高级），掌握了 MySQL 中使用的基本和更复杂的 SQL 命令。
我们学习了数据库的结构，通过 1.4 数据库架构在 MySQL 的概念。
了解 1.5 MySQL 数据库设计原则 帮助我们理解确保数据库有效运行的结构。
我们了解了 1.6 MySQL 索引 的重要性，帮助加快数据检索的速度。
然后我们学习了如何通过 1.7 在 MySQL 中设计索引 来提高性能。
最后，我们探讨了 MySQL 如何通过 1.8 MySQL 查询优化 来提高数据库性能。

如果你想测试你的理解，你可以说 “/test” 来进行评估。请记，这项评估是为了帮助固定你的知识并识别可能需要更多关注的地方。不要太担心它——它是学习的工具，不是最后考试。

让我们开始评估。

问题 1：

说出 MySQL 中 CHAR、VARCHAR 和 TEXT 数据类型之间的区别。

问题 2：

解释 MySQL 中的 JOIN 操作是什么，并列出其不同类型。

问题 3：

在 MySQL 数据库表中，说明 NULL 值是什么，并说明如何检查数据库表中的这些值。

答案 1：

CHAR 和 VARCHAR 在 MySQL 中用于存储字符串值，主要区别如下：

CHAR 是一个固定长度数据类型，意味着它保留指定的空间，不管数据的实际大小。它在读操作时更快，因为 MySQL 知道 CHAR 列中的值的位置。
VARCHAR 是一个变长数据类型。它根据存储的数据的大小来消耗空间。如果你处理变长的字符串，它可以节省存储空间。
TEXT 也是用于存储字符串的数据类型，但它是为了存储大量文本而设计的。字符串的长度不是固定的，类似于 VARCHAR。

答案 2：

MySQL 中的 JOIN 操作是将两个或多个表的行组合在一起，根据它们之间的相关列。 JOIN 的类型包括：

INNER JOIN：返回具有匹配值的记录，来自被加入的两个表。
LEFT JOIN (或 LEFT OUTER JOIN)：返回左表的所有记录和右表的匹配记录。如果找不到匹配，右侧的结果为 NULL。
RIGHT JOIN (或 RIGHT OUTER JOIN)：返回右表的所有记录和左表的匹配记录。如果找不到匹配，左侧的结果为 NULL。
FULL JOIN (或 FULL OUTER JOIN)：返回左表或右表的记录，当存在匹配时。

答案 3：

在 MySQL 数据库表中，NULL 值表示缺少或未知的数据。你可以使用 SQL 语句中的 IS NULL 或 IS NOT NULL 子句来检查数据库表中的 NULL 值。

记住，当处理 NULL 时，它不是值，它是一个状态，表明值是未知或缺少的，因此 NULL 不等于 NULL。

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作者：Wesley Wei – Twitter Wesley Wei – Medium
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