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Mysql数据库开发的36条原则

2019-09-02 11:48 1146 查看
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前言

这些原则都是经历过实战总结而成

每一条原则背后都是血淋淋的教训

这些原则主要是针对数据库开发人员,在开发过程中务必注意

总是在灾难发生后,才想起容灾的重要性;

总是在吃过亏以后,才记得曾有人提醒过。

 

 

一、核心原则

1.尽量不在数据库做运算

俗话说:别让脚趾头想事情,那是脑瓜子的职责

作为数据库开发人员,我们应该让数据库多做她所擅长的事情:

  • 尽量不在数据库做运算

  • 复杂运算移到程序端CPU

  • 尽可能简单应用MYSQL

举例:

在mysql中尽量不要使用如:md5()、Order by Rand()等这类运算函数

2.尽量控制单表数据量

大家都知道单表数据量过大后会影响数据查询效率,严重情况下会导致整个库都卡住

一般情况下,按照一年内单表数据量预估:

  • 纯INT不超过1000W

  • 含CHAR不超过500W

同时要尽量做好合理的分表,使单表数据量不超载,常见的分表策略有:

  • 通过USERID来分表(根据ID区间分表):在金融行业应用较多,用户量大、用户特征明显

  • 按DATE分表(按天、周、月分表):在电信行业应用非常多,如用户上网记录表、用户短信表、话单表等

  • 按AREA分表(省、市、区分表)

  • 其他

分区表的适用场景主要有:

① 表非常大,无法全部存在内存,或者只在表的最后有热点数据,其他都是历史数据;

② 分区表的数据更易维护,可以对独立的分区进行独立的操作;

③ 分区表的数据可以分布在不同的机器上,从而高效使用资源;

④ 可以使用分区表来避免某些特殊的瓶颈;

⑤ 可以备份和恢复独立的分区。

但是使用分区表同样有一些限制,在使用的时候需要注意:

① 一个表最多只能有 1024 个分区;

② 5.1版本中,分区表表达式必须是整数, 5.5可以使用列分区;

③ 分区字段中如果有主键和唯一索引列,那么主键列和唯一列都必须包含进来;

④ 分区表中无法使用外键约束;

⑤ 需要对现有表的结构进行修改;

⑥ 所有分区都必须使用相同的存储引擎;

⑦ 分区函数中可以使用的函数和表达式会有一些限制;

⑧ 某些存储引擎不支持分区;

⑨ 对于 MyISAM 的分区表,不能使用 load index into cache;

⑩ 对于 MyISAM 表,使用分区表时需要打开更多的文件描述符。

3.尽量控制表字段数量

单表的字段数量也不能太多,根据业务场景进行优化调整,尽量调整表字段数少而精,这样有以下好处:

  • IO高效

  • 全表遍历

  • 表修复快

  • 提高并发

  • alter table更快

那究竟单表多少字段合适呢?

按照单表1G体积,500W行数据量进行评估:

  • 顺序读1G文件需N秒

  • 单行不超过200Byte

  • 单表不超50个纯INT字段

  • 单表不超20个CHAR(10)字段

==>建议单表字段数上限控制在20~50个

4.平衡范式与冗余

 

数据库表结构的设计也讲究平衡,以往我们经常说要严格遵循三大范式,所以先来说说什么是范式:

第一范式:单个字段不可再分。唯一性。 

第二范式:不存在非主属性只依赖部分主键。消除不完全依赖。 

第三范式:消除传递依赖。

用一句话来总结范式和冗余:

冗余是以存储换取性能,

范式是以性能换取存储。

所以,一般在实际工作中冗余更受欢迎一些。

模型设计时,这两方面的具体的权衡,首先要以企业提供的计算能力和存储资源为基础。

其次,一般互联网行业中都根据Kimball模式实施数据仓库,建模也是以任务驱动的,因此冗余和范式的权衡符合任务需要。

例如,一份指标数据,必须在早上8点之前处理完成,但计算的时间窗口又很小,要尽可能减少指标的计算耗时,这时在计算过程中要尽可能减少多表关联,模型设计时需要做更多的冗余。

5.拒绝3B

数据库的并发就像城市交通,呈非线性增长

 

这就要求我们在做数据库开发的时候一定要注意高并发下的瓶颈,防止因高并发造成数据库瘫痪。

这里的拒绝3B是指:

  • 大SQL(BIG SQL):要减少

  • 大事务(BIG Transaction)

  • 大批量(BIG Batch)

二、字段类原则

1.用好数值字段类型

三类数值类型:

  • 整型:TINYINT(1Byte)、TINYINT(1Byte)、SMALLINT(2B)、MEDIUMINT(3B)、INT(4B)、BIGINT(8B)

  • 浮点型:FLOAT(4B)、DOUBLE(8B)

  • DECIMAL(M,D)

以几个常见的例子来进行说明:

1)INT(1) VS INT(11)

很多人都分不清INT(1)和INT(11)的区别,想必大家也很好奇吧,其实1和11其实只是显示长度的却别而已,也就是不管int(x)x的值是什么值,存储数字的取值范围还是int本身数据类型的取值范围,x只是数据显示的长度而已。

2)BIGINT AUTO_INCREMENT

大家都知道,有符号int最大可以支持到约22亿,远远大于我们的需求和MySQL单表所能支持的性能上限。对于OLTP应用来说,单表的规模一般要保持在千万级别,不会达到22亿上限。如果要加大预留量,可以把主键改为改为无符号int,上限为42亿,这个预留量已经是非常的充足了。

使用bigint,会占用更大的磁盘和内存空间,内存空间毕竟有限,无效的占用会导致更多的数据换入换出,额外增加了IO的压力,对性能是不利的。

因此推荐自增主键使用int unsigned类型,但不建议使用bigint。

3)DECIMAL(N,0)

当采用DECIMAL数据类型的时候,一般小数位数不会是0,如果小数位数设置为0,那建议使用INT类型

2.将字符转化为数字

数字型VS字符串型索引有更多优势:

  • 更高效

  • 查询更快

  • 占用空间更小

举例:用无符号INT存储IP,而非CHAR(15)

INT UNSIGNED

可以用INET_ATON()和INET_NTOA()来实现IP字符串和数值之间的转换

3.优先使用ENUM或SET

对于一些枚举型数据,我们推荐优先使用ENUM或SET,这样的场景适合:

1)字符串型

2)可能值已知且有限

存储方面:

1)ENUM占用1字节,转为数值运算

2)SET视节点定,最多占用8字节

3)比较时需要加‘单引号(即使是数值)

举例:

`sex` enum('F','M')  COMMENT '性别';

`c1` enum('0','1','2','3') COMMENT '审核';

4.避免使用NULL字段

为什么在数据库表字段设计的时候尽量都加上NOT NULL DEFAULT '',这里面不得不说用NULL字段的弊端:

  • 很难进行查询优化

  • NULL列加索引,需要额外空间

  • 含NULL复合索引无效

举例:

1)`a`  char(32)  DEFAULT NULL  【不推荐】

2)`b`  int(10) NOT NULL  【不推荐】

3)`c`  int(10) NOT NULL DEFAULT 0  【推荐】

5.少用并拆分TEXT/BLOB

TEXT类型处理性能远低于VARCHAR

  • 强制生成硬盘临时表

  • 浪费更多空间

  • VARCHAR(65535)==>64K(注意UTF-8)

尽量不用TEXT/BLOB数据类型

如果业务需要必须用,建议拆分到单独的表

举例:

[code]CREATE TABLE t1 (
id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
data TEXT NOT NULL,
PRIMARY KEY(id)
) ENGINE=InnoDB;

6.不在数据库里存图片

先上图:

可见,如果将图片全部存在数据库,将使得数据库体积变大,会造成读写速度变慢。

图片存数据库的弊端:

  • 对数据库的读/写的速度永远都赶不上文件系统处理的速度

  • 数据库备份变的巨大,越来越耗时间

  • 对文件的访问需要穿越你的应用层和数据库层

★推荐处理办法:数据库中保存图片路径

按照年月日生成路径。具体是按照年月日还是按照年月去生成路径,根据自己需要(不一定是按照日期去生成)。

理解为什么要分散到多个文件夹中去才是关键,涉及到一个原理就明白了:

操作系统对单个目录的文件数量是有限制的。当文件数量很多的时候。从目录中获取文件的速度就会越来越慢。所以为了保持速度,才要按照固定规则去分散到多个目录中去。

图片分散到磁盘路径中去。数据库字段中保存的是类似于这样子的”images/2012/09/25/ 1343287394783.jpg”

原来上传的图片文件名称会重新命名保存,比如按照时间戳来生成,1343287394783. jpg。这样子是为了避免文件名重复,多个人往同一个目录上传图片的时候会出现。

反正用什么样的规则命名图片,只要做到图片名称的唯一性即可。

比如网站的并发访问量大,目录的生成分得月细越好。比如精确到小时,一个小时都可以是一个文件夹。同时0.001秒有两个用户同时在上传图片(因为那么就会往同一个小时文件夹里面存图片)。因为时间戳是精确到秒的。为了做到图片名称唯一性而不至于覆盖,生成可以在在时间戳后面继续加毫秒微秒等。总结的规律是,并发访问量越大。就越精确就好了。

题外话:

1)为什么保存的磁盘路径,是”images/2012/09/25/1343287394783.jpg”,而不是” /images/2012/09/25/ 1343287394783.jpg”(最前面带有斜杠)

在页面中需要取出图片路径展示图片的时候,如果是相对路径,则可以使用”./”+”images/2012/09/25/1343287394783.jpg”进行组装。

如果需要单独的域名(比如做cdn加速的时候)域名,img1.xxx.com,img2.xxx.com这样的域名,

直接组装 “http://img1.xxx.com/”+”images/2012/09/25/1343287394783.jpg”

2)为什么保存的磁盘路径,是”images/2012/09/25/1343287394783.jpg”,而不是“http://www.xxx.com/images/2012/09/25/1343287394783.jpg"

这里其实涉及到CDN的知识,具体CDN的知识在此不多展开,简而言之:

cdn服务:对于静态内容是非常适合的。所以像商品图片,随着访问量大了后,租用cdn服务,只需要把图片上传到他们的服务器上去。

例子:北京访问长沙服务器,距离太远。我完全可以把商品图片,放到北京的云服务(我觉得现在提供给网站使用的云存储其实就是cdn,给网站提供分流和就近访问)上去。这样子北京用户访问的时候,实际上图片就是就近获取。不需要很长距离的传输。

自己用一个域名img.xxx.com来载入图片。这个域名解析到北京的云服务上去。

做法:数据库中保存的是” images/2012/09/25/1343287394783.jpg”,

这些图片实际上不存储在web服务器上。上传到北京的cdn服务器上去。

我从数据库取出来,直接”img.xxx.com/”+” images/2012/09/25/1343287394783.jpg”

比如如果还有多个,就命名img1.xx.com、img2.xx.com

反正可以随便。所以如果把域名直接保存进去。就显得很麻烦了。迁移麻烦。

三、索引类原则

1.谨慎合理添加索引

  • 添加索引是为了改善查询

  • 添加索引会减慢更新

  • 索引不是越多越好

  • 能不加的索引尽量不加(综合评估数据密度和数据分布,最好不超过字段数20%)

  • 结合核心SQL有限考虑覆盖索引

举例:不要给“性别”列创建索引

理论文章会告诉你值重复率高的字段不适合建索引。不要说性别字段只有两个值,网友亲测,一个字段使用拼音首字母做值,共有26种可能,加上索引后,百万加的数据量,使用索引的速度比不使用索引要慢!

为什么性别不适合建索引呢?因为你访问索引需要付出额外的IO开销,你从索引中拿到的只是地址,要想真正访问到数据还是要对表进行一次IO。假如你要从表的100万行数据中取几个数据,那么利用索引迅速定位,访问索引的这IO开销就非常值了。但如果你是从100万行数据中取50万行数据,就比如性别字段,那你相对需要访问50万次索引,再访问50万次表,加起来的开销并不会比直接对表进行一次完整扫描小。

2.字符字段必须建前缀索引

区分度:

  • 单字母区分度:26

  • 4字母区分度:26*26*26*26 = 456,976

  • 5字母区分度:26*26*26*26*26 = 11,881,376

  • 6字母区分度:26*26*26*26*26*26 = 308,915,776

字符字段必须建前缀索引,例如:

[code]`pinyin` varchar(100) DEFAULT NULL COMMENT '小区拼音',
KEY `idx_pinyin` (`pinyin`(8)),
) ENGINE=InnoDB

3.不在索引列做运算

原因有两点:

1)会导致无法使用索引

2)会导致全表扫描

举例:

BAD SAMPLE:

[code]select * from table 
WHERE to_days(current_date) – to_days(date_col) <= 10

GOOD SAMPLE: 

[code]select * from table 
WHERE date_col >= DATE_SUB('2011-10-22',INTERVAL 10 DAY);

4.自增列或全局ID做INNODB主键

  • 对主键建立聚簇索引

  • 二级索引存储主键值

  • 主键不应更新修改

  • 按自增顺序插入值

  • 忌用字符串做主键

  • 聚簇索引分裂

  • 推荐用独立于业务的AUTO_INCREMENT列或全局ID生成器做代理主键

  • 若不指定主键,InnoDB会用唯一且非空值索引代替

5.尽量不用外键

线上OLTP系统尽量不用外键:

  • 外键可节省开发量

  • 有额外开销

  • 逐行操作

  • 可“到达”其他表,意味着锁

  • 高并发时容易死锁

建议由程序保证约束

比如我们原来建表语句是这样的:

[code]CREATE TABLE `user` (
`user_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
`user_name` varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
PRIMARY KEY (`user_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

CREATE TABLE `order` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
`total_price` decimal(10,2) NOT NULL DEFAULT '0.00',
`user_id` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `for_indx_user_id` (`user_id`),
CONSTRAINT `for_indx_user_id` FOREIGN KEY (`user_id`) REFERENCES `user` (`user_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

不使用外键约束后:

[code]CREATE TABLE `user` (
`user_id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
`user_name` varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用户名',
PRIMARY KEY (`user_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

CREATE TABLE `order` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
`total_price` decimal(10,2) NOT NULL DEFAULT '0.00',
`user_id` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

不适用外键约束后,为了加快查询我们通常会给不建立外键约束的字段添加一个索引。

[code]CREATE TABLE `order` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
`total_price` decimal(10,2) NOT NULL DEFAULT '0.00',
`user_id` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
PRIMARY KEY (`id`),  KEY `idx_user_id` (`user_id`),
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

实际开发中,一般不会建立外键约束。

四、SQL类原则

1.SQL语句尽可能简单

在开发过程中,我们尽量要保持SQL语句的简单性,我们对比一下大SQL和多个简单SQL

  • 传统设计思想

  • BUG MySQL NOT

  • 一条SQL只能在一个CPU运算

  • 5000+ QPS的高并发中,1秒大SQL意味着?

  • 可能一条大SQL就把整个数据库堵死

拒绝大SQL,拆解成多条简单SQL

  • 简单SQL缓存命中率更高

  • 减少锁表时间,特别是MyISAM

  • 用上多CPU

2.保持事务(连接)短小

  • 事务/连接使用原则:即开即用,用完即关

  • 与事务无关操作都放到事务外面,减少锁资源的占用

  • 不破坏一致性前提下,使用多个短事务代替长事务

举例:

1)发帖时的图片上传等待

2)大量的sleep连接

3.尽可能避免使用SP/TRIG/FUNC

线上OLTP系统中,我们应当:

  • 尽可能少用存储过程

  • 尽可能少用触发器

  • 减少使用MySQL函数对结果进行处理

将上述这些事情都交给客户端程序负责

4.尽量不用SELECT *

用SELECT * 时,将会更多的消耗CPU、内存、IO以及网络带宽

我们在写查询语句时,应当尽量不用SELECT * ,只取需要的数据列:

  • 更安全的设计:减少表变化带来的影响

  • 为使用covering index提供可能性

  • Select/JOIN 减少硬盘临时表生成,特别是有TEXT/BLOB时

举例:

不推荐:

[code]SELECT * FROM tag
WHERE id = 999148

推荐:

[code]SELECT keyword FROM tag
WHERE id = 999148

5.改写OR为IN()

同一字段,将or改写为in()

OR效率:O(n)

IN效率:O(Log n)

当n很大时,OR会慢很多

注意控制IN的个数,建议n小于200

举例:

不推荐:

[code]Select * from opp WHERE phone='12347856' or phone='42242233'

推荐:

[code]Select * from opp WHERE phone in ('12347856' , '42242233')

6.改写OR为UNION

不同字段,将or改为union

  • 减少对不同字段进行 "or" 查询

  • Merge index往往很弱智

  • 如果有足够信心:set global optimizer_switch='index_merge=off';

举例:

不推荐:

[code]Select * from opp
WHERE phone='010-88886666'
or
cellPhone='13800138000';

推荐:

[code]Select * from opp
WHERE phone='010-88886666'
union
Select * from opp
WHERE cellPhone='13800138000';

7.避免负向查询和%前缀模糊查询

在实际开发中,我们要尽量避免负向查询,那什么是负向查询呢,主要有以下:

NOT、!=、<>、!<、!>、NOT EXISTS、NOT IN、NOT LIKE等

同时,我们还要避免%前缀模糊查询,因为这样会使用B+ Tree,同时会造成使用不了索引,并且会导致全表扫描,性能和效率可想而知

举例:

 

8.减少COUNT(*)

在开发中我们经常会使用COUNT(*),殊不知这种用法会造成大量的资源浪费,因为COUNT(*)资源开销大,所以我们能不用尽量少用

对于计数类统计,我们推荐:

  • 实时统计:用memcache,双向更新,凌晨跑基准

  • 非实时统计:尽量用单独统计表,定期重算

来对比一下COUNT(*)和其他几个COUNT吧:

[code]`id` int(10) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '公司的id',
`sale_id` int(10) unsigned DEFAULT NULL,

结论:

COUNT(*)=COUNT(1)

COUNT(0)=COUNT(1)

COUNT(1)=COUNT(100)

COUNT(*)!=COUNT(col)

9.LIMIT高效分页

传统分页:

[code]Select * from table limit 10000,10;

LIMIT原理:

  • Limit 10000,10

  • 偏移量越大则越慢

推荐分页:

[code]Select * from table WHERE id>=23423 limit 11;
#10+1 (每页10条)
select * from table WHERE id>=23434 limit 11;

分页方式二:

[code]Select * from table WHERE id >= ( select id from table limit 10000,1 ) limit 10;

分页方式三:

[code]SELECT * FROM table INNER JOIN (SELECT id FROM table LIMIT 10000,10) USING (id) ;

分页方式四:

[code]#先使用程序获取ID:
select id from table limit 10000,10;
#再用in获取ID对应的记录
Select * from table WHERE id in (123,456…) ;

具体需要根据实际的场景分析并重组索引

示例:

10.用UNION ALL 而非UNION

如果无需对结果进行去重,仅仅是对多表进行联合查询并展示,则用UNION ALL,因为UNION有去重开销

举例:

[code]MySQL>SELECT * FROM detail20091128 UNION ALL
SELECT * FROM detail20110427 UNION ALL
SELECT * FROM detail20110426 UNION ALL
SELECT * FROM detail20110425 UNION ALL
SELECT * FROM detail20110424 UNION ALL
SELECT * FROM detail20110423;

11.分解联接保证高并发

高并发DB不建议进行两个表以上的JOIN

适当分解联接保证高并发:

  • 可缓存大量早期数据

  • 使用了多个MyISAM表

  • 对大表的小ID IN()

  • 联接引用同一个表多次

举例:

原SQL:

[code]MySQL> Select * from tag
JOIN tag_post
on tag_post.tag_id=tag.id
JOIN post
on tag_post.post_id=post.id
WHERE tag.tag=‘二手玩具’;

分解SQL:

[code]MySQL> Select * from tag WHERE tag=‘二手玩具’;
MySQL> Select * from tag_post WHERE tag_id=1321;
MySQL> Select * from post WHERE post.id in (123,456,314,141)

12.GROUP BY 去除排序

使用GROUP BY可以实现分组和自动排序

无需排序:Order by NULL

特定排序:Group by DESC/ASC

举例:

 

13.同数据类型的列值比较

原则:数字对数字,字符对字符

数值列与字符类型比较:同时转换为双精度进行比对

字符列与数值类型比较:字符列整列转数值,不会使用索引查询

举例:

字段:`remark` varchar(50) NOT NULL COMMENT '备注,默认为空',

[code]MySQL>SELECT `id`, `gift_code` FROM gift
WHERE `deal_id` = 640 AND remark=115127;
1 row in set (0.14 sec)

MySQL>SELECT `id`, `gift_code` FROM pool_gift
WHERE `deal_id` = 640 AND remark='115127';
1 row in set (0.005 sec)

14.Load data 导数据

批量数据快导入:

  • 成批装载比单行装载更快,不需要每次刷新缓存

  • 无索引时装载比索引装载更快

  • Insert values ,values,values 减少索引刷新

  • Load data比insert快约20倍

尽量不用INSERT ... SELECT,一个是有延迟,另外就是会同步出错

15.打散大批量更新

  • 大批量更新尽量凌晨操作,避开高峰

  • 凌晨不限制

  • 白天上线默认为100条/秒(特殊再议)

举例:

[code]update post set tag=1 WHERE id in (1,2,3); 
sleep 0.01; 
update post set tag=1 WHERE id in (4,5,6); 
sleep 0.01;
……

16.Know Every SQL

作为DBA乃至数据库开发人员,我们必须对数据库的每条SQL都非常了解,常见的命令有:

  • SHOW PROFILE

  • MYSQLsla

  • MySQLdumpslow

  • explain

  • Show Slow Log

  • Show Processlist

  • SHOW QUERY_RESPONSE_TIME(Percona)

五、约定类原则

1.隔离线上线下

构建数据库的生态环境,确保开发无线上库操作权限

原则:线上连线上,线下连线下

  • 生产数据用pro库

  • 预生产环境用pre库

  • 测试用test库

  • 开发用dev库

2.禁止未经DBA确认的子查询

  • 大部分情况优化较差

  • 特别WHERE中使用IN id的子查询

  • 一般可用JOIN改写

举例:

[code]MySQL> select * from table1 where id in (select id from table2); 
MySQL> insert into table1 (select * from table2); //可能导致复制异常

3.永远不在程序端显式加锁

  • 外部锁对数据库丌可控

  • 高幵发时是灾难

  • 极难调试和排查

对于类似并发扣款等一致性问题,我们采用事务来处理,Commit前进行二次校验冲突

4.统一字符集为UTF8

5.统一命名规范

1)库表等名称统一用小写

2)索引命名默认为“idx_字段名"

3)库名用缩写,尽量在2~7个字母

     DataSharing ==> ds

4)注意避免用保留字命名

以上所有坑,建议数据库开发人员都要铭记于心。

作者:真爱无敌

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