Java 面试之数据库

MySQL

数据库事务

  数据库事务是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作，要么完全地执行，要么完全地不执行。事务满足以下四大特性：

1. 原子性（Atomicity）：一个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不会结束在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚到事务开始前的状态。
2. 一致性（Consistency）：在事务开始之前和事务结束以后，数据一致，数据库的完整性没有被破坏。
3. 隔离性（Isolation）：数据库允许多个并发事务同时对其数据进行读写和修改的能力，隔离性可以防止多个事务并发执行时由于交叉执行而导致数据的不一致。
4. 持久性（Durability）：事务处理结束后，对数据的修改就是持久的，不会无故丢失或回滚。

事务隔离级别

  数据读的三类问题：

  事务的四种隔离级别见下表，MySQL默认为REPEATABLE_READ，可重复读的主要实现原理是多版本并发控制(MVCC)，即读取某个时间点的快照。
  InnoDB使用了 NK锁(Next-Key Lock) 来阻止插入新记录，从而解决幻读的问题。NK锁是记录锁 和 间隙锁(Gap Lock) 的组合，记录锁即行锁，而间隙锁则是记录之间的锁。

例如索引包含10,11,13，20，则NK锁会包括如下几个区间，注意左开右闭区间，(其中MAX为数据库最大ID)
($-\infty$, 10]，(10, 11]，(11, 13]，(13, 20]，(20, MAX]

存储引擎

InnoDB索引结构

  InnoDB使用B+Tree作为索引结构，InnoDB的数据文件本身就是索引文件，叶节点保存了完整的数据记录。这个索引的key是数据表的主键，因此InnoDB表数据文件本身就是主索引。

上图是InnoDB主索引（同时也是数据文件）的示意图，可以看到叶节点包含了完整的数据记录。这种索引叫做聚集索引。因为InnoDB的数据文件本身要按主键聚集，所以InnoDB要求表必须有主键（MyISAM可以没有），如果没有显式指定，则MySQL系统会自动选择一个可以唯一标识数据记录的列作为主键，如果不存在这种列，则MySQL自动为InnoDB表生成一个隐含字段作为主键，这个字段长度为6个字节，类型为长整形。

  除此之外，InnoDB的辅助索引data域存储相应记录主键的值而不是地址。换句话说，InnoDB的所有辅助索引都引用主键作为data域，如下图辅助索引：

  聚集索引这种实现方式使得按主键的搜索十分高效，但是辅助索引搜索需要走两遍索引：首先检索辅助索引获得主键，然后用主键到主索引中检索获得记录。

了解不同存储引擎的索引实现方式对于正确使用和优化索引都非常有帮助，例如知道了InnoDB的索引实现后，就很容易明白为什么不建议使用过长的字段作为主键，因为所有辅助索引都引用主索引，过长的主索引会令辅助索引变得过大。再例如，用非单调的字段作为主键在InnoDB中不是个好主意，因为InnoDB数据文件本身是一颗B+Tree，非单调的主键会造成在插入新记录时数据文件为了维持B+Tree的特性而频繁的分裂调整，十分低效，而使用自增字段作为主键则是一个很好的选择。

MyISAM索引结构

  MyISAM引擎也使用B+Tree作为索引结构，但具体实现方式却与InnoDB截然不同，MyISAM索引文件和数据文件是分离的，叶节点存放的是数据记录的地址。

  在MyISAM中，主索引和辅助索引在结构上没有任何区别，只是主索引要求key是唯一的，而辅助索引的key可以重复。辅助索引的结构如下图所示：

  MyISAM中索引检索的算法为首先按照B+Tree搜索算法搜索索引，如果指定的Key存在，则取出其data域的值，然后以data域的值为地址，读取相应数据记录。

MyISAM的索引方式也叫做非聚集索引，之所以这么称呼是为了与InnoDB的聚集索引区分。

数据库索引

  数据库索引包括B+树索引、R树索引、Hash索引、FullText索引等。

B树

  一棵 $m$ 阶 B 树，或为空树，或满足：
1. 每个结点至多有 m m