7、 进阶篇 —— 存储引擎

      7.1、MySQL 体系结构

        常见的客户端连接器，例如 Native C API、JDBC、ODBC、.NET、PHP、Perl、Python、Ruby 和 Cobol 会 使相应的语言和应用程序与 MySQL 进行数据交互
        而 MySQL 的体系结构如下图所示，由 Client Connectors （客户端链接）层、MySQL Server （MySQL 服务）层及 Storage Engines （存储引擎）层组成

客户端链接层	描述
Connection Pool	处理数据库连接的管理，包括认证、线程重用、连接限制、内存检查和缓存管理。通过连接池，MySQL 可以有效地管理和复用连接，提升性能

MySQL Server	描述
Management Services & Utilities	包括备份与恢复、安全性、复制、集群、管理、配置、迁移和元数据管理等。这些工具和服务帮助管理员更好地管理和维护 MySQL 服务器
SQL Interface	处理 DML（数据操作语言，如 SELECT、INSERT）、DDL（数据定义语言，如 CREATE、ALTER）、存储过程、视图和触发器等。SQL 接口是用户与数据库交互的主要途径
Parser	将 SQL 查询解析成可执行的指令，负责查询翻译和对象权限检查。解析器确保查询的正确性并进行语法分析
Optimizer	确定执行查询的最佳路径，基于统计数据选择最优的访问路径。优化器对于提升查询性能至关重要
Caches & Buffers	包含全局和引擎特定的缓存与缓冲区，用于提升数据访问的速度。缓存机制在提高 MySQL 性能方面起着重要作用

Storage Engines	描述
Pluggable Storage Engines	存储引擎包括MyISAM、InnoDB、Archive和Memory。MySQL是一个插件存储引擎。只要正确定义了与MySQL Server的接口，任何引擎都可以访问MySQL，这也是MySQL受欢迎的原因之一
File system	MySQL 支持多种文件系统，包括 NTFS、ufs、ext2/3、NFS、SAN 和 NAS。文件系统是数据最终存储的位置
Files & Logs	包含重做日志、撤销日志、数据文件、索引文件、二进制日志、错误日志、查询日志和慢查询日志等。这些日志文件帮助 MySQL 进行数据恢复、审计和性能优化

      7.2、存储引擎

        在生活中，引擎是一种将燃料或其他能量转化为机械能的装置，用于驱动车辆、机器等。例如汽车引擎用于将燃油燃烧产生的能量转化为机械能，驱动汽车行驶；飞机引擎用于利用燃料燃烧提供推力，使飞机飞行；电动机用于将电能转化为机械能，驱动各种电器和机械设备
        而在数据库管理系统（DBMS）中，存储引擎是用来管理和操作数据（存储数据、建立索引、更新/查询数据等）的核心组件。且存储引擎是基于表的而不是基于库的，每张表可以有自己的存储引擎，因此存储引擎也可以被称为表的类型，每种存储引擎都有其特定的特性和优化目标
        两者虽然应用领域不同，但都是为实现特定功能和优化性能而设计的关键部分

建表时指定存储引擎：CREATE TABLE 表名 ( ... ) ENGINE=xxx [ COMMENT 表注释 ];
查询当前数据库支持的存储引擎：SHOW ENGINES;
现在默认的存储引擎是：InnoDB

        接下来讲述几种常见的存储引擎

            7.2.1 InnoDB

概述	描述
介绍	InnoDB 是 MySQL 的默认存储引擎，支持事务（Transaction），行级锁（Row-level Locking）以及外键约束（Foreign Key Constraint）
特点	高可靠、高性能
用途	适用于需要高并发和数据完整性保障的应用场景，如金融系统、电子商务网站等
文件	使用 InnoDB 引擎构建的表会对应一个 xxx.ibd 表空间文件，用于存储表的表结构（frm，sdi）、数据、索引 查看其存放的表结构：在存放目录下打开cmd执行ibd2sdi xxx.ibd（sdi为表结构）
相关参数	查看：SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table'; 如果 innodb_file_per_table 参数为 ON 则说明每张表会对应一个 ibd 文件而非共享

逻辑存储结构	描述
表空间（Tablespace）	InnoDB 将所有的数据存储在一个或多个表空间中。表空间是数据库的逻辑存储单位，可以包含多个数据文件，默认情况下，所有 InnoDB 表拥有属于自己的独立表空间
段（Segment）	每个表空间由多个段组成。段是表和索引的数据存储单位 ① 数据段: 存储表的行数据 ② 索引段: 存储表的索引数据 ③ 回滚段: 存储事务回滚信息
区（Extent）	段由区组成，每个区的大小为 1 MB（64 个页，每个页 16 KB） ① 数据区: 包含表的行数据页 ② 索引区: 包含索引页
页（Page）	页是 InnoDB 的最小存储单位，每个页的大小为 16 KB，这里的页就是磁盘的块，是磁盘处理的最小单元 ① 数据页: 存储表的行数据 ② 索引页: 存储 B+ 树索引 ③ 撤销日志页: 存储撤销日志，用于事务回滚 ④ 系统页: 存储系统信息
行（Row）	页中存储具体的行数据，每行代表表中的一条记录

            7.2.2 MyISAM

概述	描述
介绍	MyISAM 是 MySQL 早期的默认存储引擎，它不支持事务、外键，但支持表级锁（Table-level Locking）
特点	存储结构简单，占用空间小，查询性能高，访问速度快
用途	适用于只读和低更新频率（读多于写）的应用场景，如数据仓库和数据分析
文件	使用 MyISAM 引擎构建的表会对应有 xxx.sdi 文件（存储表结构）、xxx.MYD 文件（存储表数据）、xxx.MYI 文件（存储索引） Tip：ibd 文件是二进制文件，而 sdi 文件是一个 JSON 类型的文本文件，可以直接打开

            7.2.3 Memory

概述	描述
介绍	Memory 存储引擎将数据存储在内存中，由于受到硬件问题、断电问题的影响，只能将这些表作为临时表或缓存使用
特点	由于存放在内存因此访问速度快，支持 Hash 索引，但数据在服务器关闭时会丢失（数据不持久化）
用途	适用于需要快速访问的数据，如缓存表和临时数据
文件	使用 Memory 引擎构建的表会对应有一个 xxx.sdi 文件（存储表结构），而的数据、索引存放在内存中，因此没有相关的存储文件

            7.2.4 InnoDB、MyISAM、Memory 的比较

特点	InnoDB	MyISAM	Memory
存储限制	64TB	256TB (可调整)	受可用内存限制
事务安全	支持	-	-
锁机制	行锁	表锁	表锁
B+tree索引	支持	支持	支持
Hash索引	-	-	支持
全文索引	支持	支持	-
空间使用	较高（包括事务日志等）	较低	高（数据在内存中）
内存使用	较高	较低	高
批量插入速度	低	高	高
外键	支持	-	-

8、 拓展篇 —— 在 Linux 上安装数据库

① 下载 Linux 版的 MySQL 安装包：wget https://downloads.mysql.com/archives/get/p/23/file/mysql-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm-bundle.tar
② 解压 ：mkdir mysql → tar -xvf mysql-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm-bundle.tar -C mysql
③ 安装：cd mysql
    Ⅰ rpm -ivh mysql-community-common-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm
    Ⅱ rpm -ivh mysql-community-client-plugins-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm
    Ⅲ rpm -ivh mysql-community-libs-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm（报错的话就先执行 yum -y remove mariadb-libs.x86_64 ）
    Ⅳ rpm -ivh mysql-community-libs-compat-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm
    Ⅴ rpm -ivh mysql-community-devel-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm（报错的话就先执行yum -y install openssl-devel）
    Ⅶ rpm -ivh mysql-community-client-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm
    Ⅷ rpm -ivh mysql-community-server-8.3.0-1.el7.x86_64.rpm
③ 现在就启动：systemctl start mysqld（设置以后开机自启动：systemctl enable mysqld）→ systemctl status mysqld查看启动成功没有
④ 查看初始密码：grep 'temporary password' /var/log/mysqld.log | tail -n 1 | awk '{print "初始密码是："$NF}'
⑤ 修改密码：mysql -u root -p输入初始密码进行登录 → ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY 'Ab@123456';先设置一个复杂点的密码以符合当前的密码检验等级（不改密码不让执行其他的 sql 语句） → SET GLOBAL validate_password.policy = 0;将密码检验等级改为低（现在要求长度符合八位即可） → SET GLOBAL validate_password.length = 4;设置密码长度符合四位即可（SHOW VARIABLES LIKE 'validate_password%';查看现在的密码检验规则） → ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY '123456';现在就可以设置一个简单的密码了
⑥ 重新登录：exit退出 mysql → mysql -u root -p使用新密码进行登录
⑦ 创建一个新的 root 用户让其它主机能够用来访问数据库：CREATE USER 'root'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '123456'; → GRANT ALL ON *.* TO 'root'@'%';授予所有权限
⑧ 现在就关闭 Linux 防火墙：systemctl stop firewalld（设置以后开机不要自启动：systemctl disable firewalld）
配置完成 ~ ~ ~

TIP：在 mysql 终端中清屏指令是：\! CLEAR;

        链接测试

        链接成功，下面将采用 linux 系统中的 mysql 进行测试，先创建数据库

-- 创建数据库
CREATE DATABASE mysql_study DEFAULT CHARSET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci;
-- 查看
SHOW DATABASES;
-- 使用
USE mysql_study;

9、进阶篇 —— 索引

      9.1、概述

        索引（Index）是数据库管理系统（DBMS）中的一种数据结构，它用于提高数据库表的查询速度。索引类似于书本的目录，通过建立索引，可以在不必扫描整个表的情况下快速定位到所需的数据行，MySQL 中的索引主要用于优化查询性能

索引的类型	描述	索引结构 ( InnoDB )	创建使用关键字
主键索引	针对主键创建的索引，默认会自动创建，且只能有一个	B+树	PRIMARY
唯一索引	索引列的值必须要唯一，唯一索引可以有多个	B+树	UNIQUE
常规索引	索引列的值可以不唯一，常规索引可以有多个	B+ 树
全文索引	用于全文搜索，适用于大文本数据的查询	Full-text	FULLTEXT

TIP
1、对于主键来说，会默认地自动为其创建主键索引，而对于唯一索引来说，不是一个字段声明了唯一约束（unique）它就有相应的唯一索引了，唯一约束只是为了在插入数据时防止有相同的值，而唯一索引是执行相应的 sql 语句去将值都唯一的列创建出的一个数据结构，例如CREATE UNIQUE INDEX idx_name ON students_info(name);
2、唯一索引和常规索引的区别在于允不允许出现相同的键值
3、Full-text 基于倒排索引：倒排索引是一种映射，记录每个词条出现在哪些文档或行中，类似于书的索引部分，告诉你哪个词出现在书的哪些页。当创建全文索引时，数据库会解析文本字段，将其拆分成单词或词条（通常，数据库会忽略停用词如 “the”, “is”, “at” 等以及标点符号，只保留有意义的单词），例如，如果我们有两个文档：

文档1: “MySQL is a popular database.”
文档2: “MySQL supports full-text indexing.”

倒排索引会类似这样：

MySQL -> 文档1, 文档2
is -> 文档1
a -> 文档1
popular -> 文档1
database -> 文档1
supports -> 文档2
full-text -> 文档2
indexing -> 文档2
4、如果在一个字段上没有创建索引，数据库在执行基于该字段的查询时，通常会进行全表扫描

        根据索引的存储形式，可以划分为两类

类别	描述
聚集索引	将数据存储与索引放到一块，索引结构的叶子节点保存了行数据	必须有且只有一个
二级索引	将数据与索引分开存储，索引结构的叶子节点关联的是对应的主键	可以有多个

TIP
1、对于主键索引，B+ 树的叶子节点存储的是数据行 —— 聚集索引
2、对于唯一索引和常规索引，B+ 树的叶子节点存储的是指向实际数据行的指针（即主键值）—— 二级索引
3、如果一个表不存在主键（主键索引），将使用第一个唯一索引（不是唯一约束）作为聚集索引
4、如果一个表既没有主键（主键索引），又没有唯一索引，则 InnoDB 会自动地生成一个 rowid 作为隐藏地聚集索引，可见这样就起不到什么检索上地帮助了

        根据索引关联的字段数量，又可以划分为两类

类别	描述
单列索引	索引关联一个字段
联合索引	索引关联多个字段

索引结构	描述	InnoDB	MyISAM	Memory
B+树索引	最常见的索引类型，大部分的存储引擎都支持 B+ 树索引	√	√	√
Hash 索引	基于哈希表的索引，只有精确匹配索引列的查询才能生效，不支持范围查询			√
R-Tree（空间索引）	是 MyISAM 引擎的一个特殊索引类型，主要用于地理空间数据类型，通常使用较少		√
Full-text（全文索引）	基于倒排索引，能够快速地匹配文档进行全文搜索，类似于 Lucene，Solr，ES	5.6v+ 支持	√

TIP
1、查看存储引擎的版本（以InnoDB为例）：SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_version';
2、由于树的特性，加之B树、B+树是有序的，因此B树、B+树支持范围查询，而索引存放在哈希表中是无序的，不能知道自己（例如4）附近有哪些具体的索引值（是2呢还是3呢还是4.0001呢，是猜不完的，而树是连在一起的有关系的，因此数据库中存没存2、3、4.0001一看便知），因此Hash不支持范围查询

InnoDB 采用 B+ 树的原因	描述
更高的存储效率	与二叉树（红黑树）每个节点只包含一个索引不同，B+ 树节点包含多个索引，相对于 B 树来说也是（因为 B 树的节点中包含了数据，占据了索引的存放空间），使树的高度较低，利用了页式存储的优势，减少了查询时的磁盘 I/O 操作
稳定的搜索时间	B+ 树所有的实际数据都存储在叶子节点中，内部节点只存储索引信息，这使得搜索操作的时间复杂度更加稳定
支持顺序访问	由于 B+ 树的所有叶子节点通过链表连接（InnoDB还将其升级为双向循环链表），因此支持高效的顺序访问，且使得范围查询（如 BETWEEN、> 、< 等）和排序操作非常高效

存储引擎	索引存储方式	具体
InnoDB	将表数据和索引数据存储在同一个表空间文件中	每个 InnoDB 表都有一个表空间文件（.ibd 文件），存储该表的表数据和辅助索引数据，主索引（即主键索引）存储在聚簇索引中，聚簇索引是表数据的一部分
MyISAM	将表数据和索引数据存储在不同的文件中	xxx.sdi 文件用于存储表结构、xxx.MYD 文件用于存储表数据、xxx.MYI 文件用于存储索引

优点	描述
提高查询效率、减少磁盘 I/O	由于索引较小，可以在内存中加载更多的索引，而不是整个表数据，因此可以在更少的磁盘 I/O 操作中获知所需的数据信息
排序优化	索引可以按指定的顺序存储数据，这样在执行带有 ORDER BY 子句的查询时，数据库不需要额外的排序步骤，降低 CPU 的消耗

缺点	描述
占用空间	索引需要额外的存储空间
插入和更新性能下降	每次插入、删除或更新数据时，索引也需要相应地更新，从而增加了额外的开销

      9.2、语法

创建常规索引：CREATE INDEX 索引名 ON 表(字段1,字段2...);
创建唯一索引：CREATE UNIQUE INDEX 索引名 ON 表(字段1,字段2...);
创建全文索引：CREATE FULLTEXT INDEX 索引名 ON 表(字段1,字段2...);
查看索引：SHOW INDEX FROM 表;（由于一行的内容很多，因此在 cmd / vim 中使用SHOW INDEX FROM tb_user\G;可以将一行呈现为一个单子的样子）
删除索引：DROP INDEX 索引名 ON 表;

-- 创建表
CREATE TABLE tb_user
(
    id         INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name       VARCHAR(50),
    phone      VARCHAR(20),
    email      VARCHAR(50),
    profession VARCHAR(50),
    age        INT,
    gender     INT,
    status     INT,
    createtime DATETIME
);

-- 插入数据
INSERT INTO tb_user (name, phone, email, profession, age, gender, status, createtime)
VALUES ('吕布', '17799990000', 'lvbu666@163.com', '软件工程', 23, 1, 6, '2001-02-02 00:00:00'),
       ('曹操', '17799990001', 'caocao666@qq.com', '通讯工程', 33, 1, 0, '2001-03-05 00:00:00'),
       ('赵云', '17799990002', '17799990002@139.com', '英语', 34, 1, 2, '2002-03-02 00:00:00'),
       ('孙悟空', '17799990003', '17799990003@163.com', '工程造价', 35, 1, 4, '2001-07-02 00:00:00'),
       ('花木兰', '17799990004', '1998072@sina.com', '软件工程', 23, 2, 1, '2001-04-22 00:00:00'),
       ('大乔', '17799990005', 'daqiao666@sina.com', '舞蹈', 22, 2, 0, '2001-02-07 00:00:00'),
       ('露娜', '17799990006', 'luna_love@sina.com', '应用数学', 24, 2, 0, '2001-02-08 00:00:00'),
       ('程咬金', '17799990007', 'chengyaojin@163.com', '化工', 38, 1, 5, '2001-05-23 00:00:00'),
       ('项羽', '17799990008', 'xiaoyu666@qq.com', '金属材料', 43, 1, 0, '2001-09-18 00:00:00'),
       (