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Mysql学习（十一） -- 常见问题处理

2023-11-13

1. MySQL数据库cpu飙升的话你会如何分析

重点是定位问题。

  1. 使用top观察mysqld的cpu利用率
    1. 切换到常用的数据库
    2. 使用show full processlist;查看会话
    3. 观察是哪些sql消耗了资源，其中重点观察state指标
    4. 定位到具体sql
  2. pidstat
    1. 定位到线程
    2. 在PERFORMANCE_SCHEMA.THREADS中记录了thread_os_id 找到线程执行的sql
    3. 根据操作系统id可以到processlist表找到对应的会话
    4. 在会话中即可定位到问题sql
  3. 使用show profile观察sql各个阶段耗时
  4. 服务器上是否运行了其他程序
  5. 检查一下是否有慢查询
  6. pref top：使用pref 工具分析哪些函数引发的cpu过高来追踪定位

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2.为什么禁止使用外键：

不得使用外键与级联，一切外键概念必须在应用层解决。

说明：以学生和成绩的关系为例，学生表中的 student_id是主键，那么成绩表中的 student_id 则为外键。如果更新学生表中的 student_id，同时触发成绩表中的 student_id 更新，即为 级联更新。外键与级联更新适用于单机低并发，不适合分布式、高并发集群；级联更新是强阻 塞，存在数据库更新风暴的风险；外键影响数据库的插入速度。

3. 用过processlist吗？

排查mysql的CPU使用率过高时，可以使用show processlist，看看里面跑的 session 情况，是不是有消耗资源的 sql 在运行。

关键的就是state列，mysql列出的状态主要有以下几种：

  • Checking table
    正在检查数据表（这是自动的）。
  • Closing tables
    正在将表中修改的数据刷新到磁盘中，同时正在关闭已经用完的表。这是一个很快的操作，如果不是这样的话，就应该确认磁盘空间是否已经满了或者磁盘是否正处于重负中。
  • Connect Out
    复制从服务器正在连接主服务器。
  • Copying to tmp table on disk
    由于临时结果集大于tmp_table_size，正在将临时表从内存存储转为磁盘存储以此节省内存。
  • Creating tmp table
    正在创建临时表以存放部分查询结果。
  • deleting from main table
    服务器正在执行多表删除中的第一部分，刚删除第一个表。
  • deleting from reference tables
    服务器正在执行多表删除中的第二部分，正在删除其他表的记录。
  • Flushing tables
    正在执行FLUSH TABLES，等待其他线程关闭数据表。
  • Killed
    发送了一个kill请求给某线程，那么这个线程将会检查kill标志位，同时会放弃下一个kill请求。MySQL会在每次的主循环中检查kill标志位，不过有些情况下该线程可能会过一小段才能死掉。如果该线程程被其他线程锁住了，那么kill请求会在锁释放时马上生效。
  • Locked
    被其他查询锁住了。
  • Sending data
    正在处理Select查询的记录，同时正在把结果发送给客户端。Sending data”状态的含义，原来这个状态的名称很具有误导性，所谓的“Sending data”并不是单纯的发送数据，而是包括“收集 + 发送 数据”。
  • Sorting for group
    正在为GROUP BY做排序。
  • Sorting for order
    正在为ORDER BY做排序。
  • Opening tables
    这个过程应该会很快，除非受到其他因素的干扰。例如，在执Alter TABLE或LOCK TABLE语句行完以前，数据表无法被其他线程打开。正尝试打开一个表。
  • Removing duplicates
    正在执行一个Select DISTINCT方式的查询，但是MySQL无法在前一个阶段优化掉那些重复的记录。因此，MySQL需要再次去掉重复的记录，然后再把结果发送给客户端。
  • Reopen table
    获得了对一个表的锁，但是必须在表结构修改之后才能获得这个锁。已经释放锁，关闭数据表，正尝试重新打开数据表。
  • Repair by sorting
    修复指令正在排序以创建索引。
  • Repair with keycache
    修复指令正在利用索引缓存一个一个地创建新索引。它会比Repair by sorting慢些。
  • Searching rows for update
    正在讲符合条件的记录找出来以备更新。它必须在Update要修改相关的记录之前就完成了。
  • Sleeping
    正在等待客户端发送新请求.
  • System lock
    正在等待取得一个外部的系统锁。如果当前没有运行多个mysqld服务器同时请求同一个表，那么可以通过增加–skip-external-locking参数来禁止外部系统锁。
  • Upgrading lock
    Insert DELAYED正在尝试取得一个锁表以插入新记录。=
  • Updating
    正在搜索匹配的记录，并且修改它们。
  • User Lock
    正在等待GET_LOCK()。
  • Waiting for tables
    该线程得到通知，数据表结构已经被修改了，需要重新打开数据表以取得新的结构。然后，为了能的重新打开数据表，必须等到所有其他线程关闭这个表。以下几种情况下会产生这个通知：FLUSH TABLES tbl_name, Alter TABLE, RENAME TABLE, REPAIR TABLE, ANALYZE TABLE,或OPTIMIZE TABLE。
  • waiting for handler insert
    Insert DELAYED已经处理完了所有待处理的插入操作，正在等待新的请求。

4. 某个表有数千万数据，查询比较慢，如何优化？说一下思路

  1. 前端优化 减少查询
    1. 合并请求:多个请求需要的数据尽量一条sql拿出来
    2. 会话保存：和用户会话相关的数据尽量一次取出重复使用
    3. 避免无效刷新
  2. 多级缓存 不要触及到数据库
    1. 应用层热点数据高速查询缓存（低一致性缓存）
    2. 高频查询大数据量镜像缓存（双写高一致性缓存）
    3. 入口层缓存（几乎不变的系统常量）
  3. 使用合适的字段类型，比如varchar换成char
  4. 一定要高效使用索引。
    1. 使用explain 深入观察索引使用情况
    2. 检查select 字段最好满足索引覆盖
    3. 复合索引注意观察key_len索引使用情况
    4. 有分组，排序，注意file sort，合理配置相应的buffer大小
  5. 检查查询是否可以分段查询，避免一次拿出过多无效数据
  6. 多表关联查询是否可以设置冗余字段，是否可以简化多表查询或分批查询
  7. 分而治之：把服务拆分成更小力度的微服务
  8. 冷热数据分库存储
  9. 读写分离，主被集群 然后再考虑分库分表
  10. 拆表

5. 如果有超大分页改怎么处理？

  • select name from user limit 10000,10;在 使用的时候并不是跳过 offset 行，而是取 offset+N 行，然后返回放弃前 offset 行，返回 N 行

  • 通过索引优化的方案：

    • 如果主键自增可以 select name from user where id > 10000 limit 10;
    • 我们可以修改为select * from table where id in (select id from table where age > 20 limit 1000000,10).这样虽然也load了一百万的数据,但是由于索引覆盖，要查询的所有字段都在索引中，所以速度会很快
    • 延迟关联
    • 需要order by时
      • 一定注意增加筛选条件，避免全表排序
        • where -》 order by -》 limit
      • 减少select字段
      • 优化相关参数避免filesort

  • 一般大分页情况比较少（很少有人跳转到几百万页去查看数据），实际互联网业务中多数还是按顺序翻页，可以使用缓存提升前几页的查询效率，实际上大多数知名互联网项目也都是这么做的

在阿里巴巴《Java开发手册》中的建议：

【推荐】利用延迟关联或者子查询优化超多分页场景。 说明：MySQL 并不是跳过 offset 行，而是取 offset+N 行，然后返回放弃前 offset 行，返回 N 行，那当 offset 特别大的时候，效率就非常的低下，要么控制返回的总页数，要么对超过 特定阈值的页数进行 SQL 改写。

正例：先快速定位需要获取的 id 段，然后再关联：

SELECT a.* FROM 表 1 a, 
(select id from 表 1 where 条件 LIMIT 100000,20 ) b where a.id=b.id

6. mysql服务器毫无规律的异常重启如何排查问题？

首先是查看mysql和系统日志来定位错误

最常见的是关闭swap分区后OOM问题：

mysql 分为应用进程和守护进程

当应用进程内存占用过高的时候操作系统可能会kill掉进程，此时守护进程又帮我们重启了应用进程，运行一段时间后又出现OOM如此反复

可以排查以下几个关键点

  • 运行时内存占用率
  • mysql buffer相关参数
  • mysql 网络连接相关参数

异常关机或kill -9 mysql 后导致表文件损坏

  • 直接使用备份
  • 配置 innodb_force_recovery 跳过启动恢复过程

7. mysql 线上修改表结构有哪些风险?

针对ddl命令，有以下几种方式

  • copy table 锁原表，创建临时表并拷贝数据

  • inplace 针对索引修改删除的优化，不需要拷贝所有数据

  • Online DDL 细分DDL命令来决定是否锁表

  • 可能会锁表，导致无法读写

  • ORM中的映射失效

  • 索引失效

建议：建个新表，导入数据后重命名

8. 字段为什么要求定义为not null？

null值会占用更多的字节，且会在程序中造成很多与预期不符的情况，比如错误的使用count(),group等。

9. 如果要存储用户的密码散列，应该使用什么字段进行存储？

密码散列，盐，用户身份证号等固定长度的字符串应该使用char而不是varchar来存储，这样可以节省空间且提高检索效率。

10. 大数据量问题解决

10.1 存在的问题

  1. 单库太大：数据库里面的表太多，所在服务器磁盘空间装不下，IO次数多CPU忙不过来。
  2. 单表太大：一张表的字段太多，数据太多。查询起来困难。

10.2 单表问题解决办法：

当MySQL单表记录数过大时，数据库的CRUD性能会明显下降，一些常见的优化措施如下：

  • 限定数据的范围： 务必禁止不带任何限制数据范围条件的查询语句。比如：我们当用户在查询订单历史的时候，我们可以控制在一个月的范围内。（阿里BI数据查询时的方式）
  • 限定返回的结果字段：只返回需要的字段
  • 读/写分离： 经典的数据库拆分方案，主库负责写，从库负责读；
  • 缓存： 使用MySQL的缓存，另外对重量级、更新少的数据可以考虑使用应用级别的缓存；
  • 分库分表：通过分库分表的方式进行优化，主要有垂直分表和水平分表

10.3 主从复制

主从复制流程：将主数据库中的DDL和DML操作通过二进制日志（BINLOG）传输到从数据库上，然后将这些日志重新执行（重做）；从而使得从数据库的数据与主数据库保持一致。

10.3.1 主从复制的作用
  • 主数据库出现问题，可以切换到从数据库。
  • 可以进行数据库层面的读写分离。
  • 可以在从数据库上进行日常备份。
10.3.2 MySQL主从复制解决的问题
  • 数据分布：随意开始或停止复制，并在不同地理位置分布数据备份
  • 负载均衡：降低单个服务器的压力
  • 可用和故障切换：帮助应用程序避免单点失败
  • 升级测试：可以用更高版本的MySQL作为从库
10.3.3 MySQL主从复制工作原理

3个线程以及之间的关联：

  • 主：binlog线程——记录下所有改变了数据库数据的语句，放进master上的binlog中；
  • 从：io线程——在使用start slave 之后，负责从master上拉取 binlog 内容，放进自己的relay log中；
  • 从：sql执行线程——执行relay log中的语句；

在这里插入图片描述
Binary log：主数据库的二进制日志

Relay log：从服务器的中继日志

  1. master在每个事务更新数据完成之前，将该操作记录串行地写入到binlog文件中。
  2. salve开启一个I/O Thread，该线程在master打开一个普通连接，主要工作是binlog dump process。如果读取的进度已经跟上了master，就进入睡眠状态并等待master产生新的事件。I/O线程最终的目的是将这些事件写入到中继日志中。
  3. SQL Thread会读取中继日志，并顺序执行该日志中的SQL事件，从而与主数据库中的数据保持一致。
10.3.4 读写分离有哪些解决方案？

读写分离是依赖于主从复制，而主从复制又是为读写分离服务的。因为主从复制要求slave不能写只能读（如果对slave执行写操作，那么show slave status将会呈现Slave_SQL_Running=NO，此时你需要按照前面提到的手动同步一下slave）。

  1. 使用mysql-proxy代理
    • 优点：直接实现读写分离和负载均衡，不用修改代码，master和slave用一样的帐号，mysql官方不建议实际生产中使用
    • 缺点：降低性能， 不支持事务
  2. 使用AbstractRoutingDataSource+aop+annotation在dao层决定数据源。
    • 如果采用了mybatis， 可以将读写分离放在ORM层，比如mybatis可以通过mybatis plugin拦截sql语句，所有的insert/update/delete都访问master库，所有的select 都访问salve库，这样对于dao层都是透明。 plugin实现时可以通过注解或者分析语句是读写方法来选定主从库。不过这样依然有一个问题， 也就是不支持事务， 所以我们还需要重写一下DataSourceTransactionManager， 将read-only的事务扔进读库， 其余的有读有写的扔进写库。
  3. 使用AbstractRoutingDataSource+aop+annotation在service层决定数据源，
    • 可以支持事务.
    • 缺点：类内部方法通过this.xx()方式相互调用时，aop不会进行拦截，需进行特殊处理。
10.3.5 读写分离带来的问题
  1. 写操作拓展起来比较困难，因为要保证多个主库的数据一致性。
  2. 复制延时：意思是同步带来的时间消耗。
  3. 锁表率上升：读写分离，命中率少，锁表的概率提升。
  4. 表变大，缓存率下降：此时缓存率一旦下降，带来的就是时间上的消耗。

注意，此时主从复制还是单库单表，只不过复制了很多份并进行同步。

主从复制架构随着用户量的增加、访问量的增加、数据量的增加依然会带来大量的问题，那就要考虑换一种解决思路。就是分库分表。

10.4 分表

又分为垂直分表和水平分表

10.4.1 垂直分表

根据数据库里面数据表的相关性进行拆分。 例如，用户表中既有用户的登录信息又有用户的基本信息，可以将用户表拆分成两个单独的表，甚至放到单独的库做分库。

简单来说垂直拆分是指数据表列的拆分，把一张列比较多的表拆分为多张表。
在这里插入图片描述

  • 优点：
    • 适用于一个表中某些列常用，另外一些列不常用
    • 可以使得行数据变小，在查询时减少读取的Block数，减少I/O次数
    • 可以简化表的结构，易于维护
  • 缺点：
    • 主键会出现冗余，需要管理冗余列，并会引起Join操作，可以通过在应用层进行Join来解决
    • 会让事务变得更加复杂
    • 对于应用层来说，逻辑算法增加开发成本
10.4.2 水平分表

单表的数据量太大。按照某种规则（RANGE,HASH取模等），切分到多张表里面去。 但是这些表还是在同一个库中，所以库级别的数据库操作还是有IO瓶颈。这种情况是不建议使用的，因为数据量是逐渐增加的，当数据量增加到一定的程度还需要再进行切分，比较麻烦。所以 水平拆分最好分库

  • 优点：
    • 能够支持非常大的数据量存储，应用端改造也少
  • 缺点：
    • 分片事务难以解决
    • 跨界点Join性能较差，逻辑复杂，查询所有数据都需UNION操作
    • 在许多数据库应用中，这种复杂度会超过它带来的优点，查询时会增加读一个索引层的磁盘次数

数据库分片（水平拆分）的两种常用方案：

  • 客户端代理： 分片逻辑在应用端，封装在jar包中，通过修改或者封装JDBC层来实现。 当当网的 Sharding-JDBC 、阿里的TDDL是两种比较常用的实现。
  • 中间件代理： 在应用和数据中间加了一个代理层。分片逻辑统一维护在中间件服务中。 我们现在谈的 Mycat 、360的Atlas、网易的DDB等等都是这种架构的实现。

10.5 分库

10.5.1 垂直分库

一个数据库的表太多。此时就会按照一定业务逻辑进行垂直切，比如用户相关的表放在一个数据库里，订单相关的表放在一个数据库里。注意此时不同的数据库应该存放在不同的服务器上，此时磁盘空间、内存、TPS等等都会得到解决。

10.5.2 水平分库

水平分库理论上切分起来是比较麻烦的，它是指将单张表的数据切分到多个服务器上去，每个服务器具有相应的库与表，只是表中数据集合不同。 水平分库分表能够有效的缓解单机和单库的性能瓶颈和压力，突破IO、连接数、硬件资源等的瓶颈。

10.6 分库分表之后的问题

  • 事务支持：
    • 分库分表后，就成了分布式事务了。如果依赖数据库本身的分布式事务管理功能去执行事务，将付出高昂的性能代价； 如果由应用程序去协助控制，形成程序逻辑上的事务，又会造成编程方面的负担。
  • 跨库join
    • 只要是进行切分，跨节点Join的问题是不可避免的。但是良好的设计和切分却可以减少此类情况的发生。解决这一问题的普遍做法是分两次查询实现。在第一次查询的结果集中找出关联数据的id,根据这些id发起第二次请求得到关联数据。 分库分表方案产品
  • 跨节点的count,order by,group by以及聚合函数问题
    • 这些是一类问题，因为它们都需要基于全部数据集合进行计算。多数的代理都不会自动处理合并工作。解决方案：与解决跨节点join问题的类似，分别在各个节点上得到结果后在应用程序端进行合并。和join不同的是每个结点的查询可以并行执行，因此很多时候它的速度要比单一大表快很多。但如果结果集很大，对应用程序内存的消耗是一个问题。
  • 数据迁移，容量规划，扩容等问题
    • 来自淘宝综合业务平台团队，它利用对2的倍数取余具有向前兼容的特性（如对4取余得1的数对2取余也是1）来分配数据，避免了行级别的数据迁移，但是依然需要进行表级别的迁移，同时对扩容规模和分表数量都有限制。总得来说，这些方案都不是十分的理想，多多少少都存在一些缺点，这也从一个侧面反映出了Sharding扩容的难度。
  • ID问题
    • 一旦数据库被切分到多个物理结点上，我们将不能再依赖数据库自身的主键生成机制。一方面，某个分区数据库自生成的ID无法保证在全局上是唯一的；另一方面，应用程序在插入数据之前需要先获得ID,以便进行SQL路由

11. 数据库分布式ID生成策略

分库分表的情况下，保证表中id的全局唯一性

11.1 UUID

UUID 使用UUID作主键是最简单的方案，但是缺点也是非常明显的。由于UUID非常的长，除占用大量存储空间外，最主要的问题是在索引上，在建立索引和基于索引进行查询时都存在性能问题。

11.2 雪花算法id

Twitter的分布式自增ID算法Snowflake 在分布式系统中，需要生成全局UID的场合还是比较多的，twitter的snowflake解决了这种需求，实现也还是很简单的，除去配置信息，核心代码就是毫秒级时间41位 机器ID 10位 毫秒内序列12位。

在这里插入图片描述
雪花算法的原理就是生成一个的 64 位比特位的 long 类型的唯一 id。

  • 最高 1 位固定值 0，因为生成的 id 是正整数，如果是 1 就是负数了。
  • 接下来 41 位存储毫秒级时间戳，2^41/(1000606024365)=69，大概可以使用 69 年。
  • 再接下 10 位存储机器码，包括 5 位 datacenterId 和 5 位 workerId。最多可以部署 2^10=1024 台机器。
  • 最后 12 位存储序列号。同一毫秒时间戳时，通过这个递增的序列号来区分。即对于同一台机器而言，同一毫秒时间戳下，可以生成 2^12=4096 个不重复 id。
11.2.1 雪花算法优点
  • 高并发分布式环境下生成不重复 id，每秒可生成百万个不重复 id。
  • 基于时间戳，以及同一时间戳下序列号自增，基本保证 id 有序递增。
  • 不依赖第三方库或者中间件。
  • 算法简单，在内存中进行，效率高。
11.2.2 雪花算法缺点
  • 依赖服务器时间，服务器时钟回拨时可能会生成重复 id。算法中可通过记录最后一个生成 id 时的时间戳来解决，每次生成 id 之前比较当前服务器时钟是否被回拨，避免生成重复 id。
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