7、E-R圖
E-R圖也稱實體-聯系圖(Entity Relationship Diagram),提供了表示實體類型、屬性和聯系的方法,用來描述現實世界的概念模型。
E-R方法是“實體-聯系方法”(Entity-Relationship Approach)的簡稱。它是描述現實世界概念結構模型的有效方法,是表示概念模型的一種方式,用矩形表示實體型,矩形框內寫明實體名;用橢圓表示實體的屬性,并用無向邊將其與相應的實體型連接起來;用菱形表示實體型之間的聯系,在菱形框內寫明聯系名,并用無向邊分別與有關實體型連接起來,同時在無向邊旁標上聯系的類型(1:1,1:n或m:n)。
在ER圖中有如下四個成分:
矩形框: 表示實體,在框中記入實體名。
菱形框: 表示聯系,在框中記入聯系名。
橢圓形框: 表示實體或聯系的屬性,將屬性名記入框中。對于主屬性名,則在其名稱下劃一下劃線。
連線: 實體與屬性之間;實體與聯系之間;聯系與屬性之間用直線相連,并在直線上標注聯系的類型。(對于一對一聯系,要在兩個實體連線方向各寫1;對于一對多聯系,要在一的一方寫1,多的一方寫N;對于多對多關系,則要在兩個實體連線方向各寫N,M。)
實體型(Entity): 具有相同屬性的實體具有相同的特征和性質,用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體;在E-R圖中用矩形表示,矩形框內寫明實體名;比如學生張三豐、學生李尋歡都是實體。如果是弱實體的話,在矩形外面再套實線矩形。
屬性(Attribute): 實體所具有的某一特性,一個實體可由若干個屬性來刻畫。在E-R圖中用橢圓形表示,并用無向邊將其與相應的實體連接起來;比如學生的姓名、學號、性別、都是屬性。如果是多值屬性的話,在橢圓形外面再套實線橢圓,如果是派生屬性則用虛線橢圓表示。
聯系(Relationship): 聯系也稱關系,信息世界中反映實體內部或實體之間的聯系。實體內部的聯系通常是指組成實體的各屬性之間的聯系;實體之間的聯系通常是指不同實體集之間的聯系。在E-R圖中用菱形表示,菱形框內寫明聯系名,并用無向邊分別與有關實體連接起來,同時在無向邊旁標上聯系的類型(1 : 1,1 : n或m : n),比如老師給學生授課存在授課關系,學生選課存在選課關系。如果是弱實體的聯系則在菱形外面再套菱形。
聯系可分為以下 3 種類型:
- 一對一聯系(1 ∶1)
例如,一個班級有一個班長,而每個班長只在一個班級任職,則班級與班長的聯系是一對一的。
- 一對多聯系(1 ∶N)
例如,某校教師與課程之間存在一對多的聯系“教”,即每位教師可以教多門課程,但是每門課程只能由一位教師來教。
- 多對多聯系(M ∶N)
例如,學生與課程間的聯系(“學 ”)是多對多的,即一個學生可以學多門課程,而每門課程可以有多個學生來學。聯系也可能有屬性。例如,學生“ 學” 某門課程所取得的成績,既不是學生的屬性也不是課程的屬性。由于“ 成績” 既依賴于某名特定的學生又依賴于某門特定的課程,所以它是學生與課程之間的聯系“ 學”的屬性。
作圖步驟:
- 確定所有的實體集合。
- 選擇實體集應包含的屬性。
- 確定實體集之間的聯系。
- 確定實體集的關鍵字,用下劃線在屬性上表明關鍵字的屬性組合。
- 確定聯系的類型,在用線將表示聯系的菱形框聯系到實體集時,在線旁注明聯系的類型。
8、數據庫的七種鎖
- 行鎖(Record Locks) :行鎖一定是作用在索引上的。
- 間隙鎖(Gap Locks):鎖在本質上是不區分共享間隙鎖或互斥間隙鎖的,而且間隙鎖是不互斥的,即兩個事務可以同時持有包含共同間隙的間隙鎖。這里的共同間隙包括兩種場景:其一是兩個間隙鎖的間隙區間完全一 樣;其二是一個間隙鎖包含的間隙區間是另一個間隙鎖包含間隙區間的 子集 。間隙鎖本質上是用于 阻止其他事務在該間隙內插入新記錄 ,而 自身事務是允許在該間隙內插入數據的 。也就是說間隙鎖的應用場景包括并發 讀取 、并發 更新 、并發刪除和并發 插入 。在RU和RC兩種隔離級別下,即使你使用select ... in share mode或select ... for update,也無法防止 幻讀 (讀后寫的場景)。因為這兩種隔離級別下只會有 行鎖 ,而不會有 間隙鎖 。這也是為什么示例中要規定隔離級別為RR的原因。
- 臨鍵鎖(Next-key Locks):臨鍵鎖是行鎖+間隙鎖,即臨鍵鎖是是一個左開右閉的區間,比如(3,5]。InnoDB的默認事務隔離級別是RR,在這種級別下,如果你使用select ... in share mode或者select ... for update語句,那么InnoDB會使用臨鍵鎖,因而可以防止 幻讀 ;但即使你的隔離級別是RR,如果你這是使用普通的select語句,那么InnoDB將是快照讀,不會使用任何鎖,因而還是無法防止 幻讀 。
- 共享鎖/排他鎖(Shared and Exclusive Locks) :共享鎖/排他鎖都只是 行鎖 ,與間隙鎖無關,這一點很重要,后面還會強調這一點。其中共享鎖是一個事務并發讀取某一行記錄所需要持有的鎖,比如select ... in share mode;排他鎖是一 個事務并發更新或刪除某一行記錄所需要持有的鎖,比如select ... for update。不過這里需要重點說明的是,盡管共享鎖/排他鎖是行鎖,與間隙鎖無關,但一個事務在請求共享鎖/排他鎖時,獲取到的結果卻可能是 行鎖 ,也可能是 間隙鎖 ,也可能是 臨鍵鎖 ,這取決于數據庫的隔離級別以及查詢的 數據是否存在 。關于這一點,后面分析場景一和場景二的時候還會提到。
- 意向共享鎖/意向排他鎖(Intention Shared and Exclusive Locks) :意向共享鎖/意向排他鎖屬于 表鎖 ,且取得意向共享鎖/意向排他鎖是取得共享鎖/排他鎖的 前置條件 。
- 插入意向鎖(Insert Intention Locks) :插入意向鎖是一種特殊的間隙鎖,但不同于間隙鎖的是,該鎖只用于并發插入操作。如果說間隙鎖鎖住的是一個區間,那么插入意向鎖鎖住的就是一個點。因而從這個角度來說,插入意向鎖確實是一種特殊的間隙鎖。與間隙鎖的另一個非常重要的差別是:盡管插入意向鎖也屬于 間隙鎖 ,但兩個事務卻不能在同一時間內一個擁有間隙鎖,另一個擁有該間隙區間內的插入意向鎖(當然,插入意向鎖如果不在間隙鎖區間內則是可以的)。這里我們再回顧一下共享鎖和排他鎖:共享鎖用于讀取操作,而排他鎖是用于更新或刪除操作。也就是說插入意向鎖、共享鎖和排他鎖涵蓋了常用的增刪改查四個動作。
- 自增鎖(Auto-inc Locks) :增鎖是一種特殊的表級鎖,主要用于事務中插入自增字段,也就是我們最常用的自增主鍵id。通過innodb_autoinc_lock_mode參數可以設置自增主鍵的生成策略。為了便于介紹innodb_autoinc_lock_mode參數,我們先將需要用到自增鎖的Insert語句進行分類:
9、數據庫高并發的解決方案
- 在web服務框架中加入緩存。在服務器與數據庫層之間加入緩存層,將高頻訪問的數據存入緩存中,減少數據庫的讀取負擔。
- 增加數據庫索引。提高查詢速度。(不過索引太多會導致速度變慢,并且數據庫的寫入會導致索引的更新,也會導致速度變慢)
- 主從讀寫分離,讓主服務器負責寫,從服務器負責讀。
- 將數據庫進行拆分,使得數據庫的表盡可能小,提高查詢的速度。
- 使用分布式架構,分散計算壓力。
10、SQL語句的內部致性過程
- 連接器:客戶端先通過連接器連接到 MySQL 服務器。
- 緩存:連接器權限驗證通過之后,先查詢是否有查詢緩存,如果有緩存(之前執行過此語句)則直接返回緩存數據,如果沒有緩存則進入分析器。
- 分析器:分析器會對查詢語句進行語法分析和詞法分析,判斷 SQL 語法是否正確,如果查詢語法錯誤會直接返回給客戶端錯誤信息,如果語法正確則進入優化器。
- 優化器:優化器是對查詢語句進行優化處理,例如一個表里面有多個索引,優化器會判別哪個索引性能更好。
- 執行器:優化器執行完就進入執行器,執行器就開始執行語句進行查詢比對了,直到查詢到滿足條件的所有數據,然后進行返回。
11、為什么要分庫分表
數據庫中的數據量不一定是可控的,在未進行分庫分表的情況下,隨著時間和業務的發展,庫中的表會越來越多,表中的數據量也會越來越大,相應地,數據操作,增刪改查的開銷也會越來越大;另外,由于無法進行分布式式部署,而一臺服務器的資源(CPU、磁盤、內存、IO等)是有限的,最終數據庫所能承載的數據量、數據處理能力都將遭遇瓶頸。
12、分布式事務
分布式事務用于在分布式系統中保證不同節點之間的數據一致性。分布式事務的實現有很多種,最具有代表性的是由Oracle Tuxedo系統提出的XA分布式事務協議。
XA協議包含兩階段提交(2PC)和三階段提交(3PC)兩種 :
-
2PC: 在XA分布式事務的第一階段,作為事務協調者的節點會首先向所有的參與者節點發送Prepare請求。在接到Prepare請求之后,每一個參與者節點會各自執行與事務有關的數據更新,寫入Undo Log和Redo Log。如果參與者執行成功,暫時不提交事務,而是向事務協調節點返回“完成”消息。
當事務協調者接到了所有參與者的返回消息,整個分布式事務將會進入第二階段。
在XA分布式事務的第二階段,如果事務協調節點在之前所收到都是正向返回,那么它將會向所有事務參與者發出Commit請求。
接到Commit請求之后,事務參與者節點會各自進行本地的事務提交,并釋放鎖資源。當本地事務完成。提交后,將會向事務協調者返回“完成”消息。
當事務協調者接收到所有事務參與者的“完成”反饋,整個分布式事務完成。
注意:
在XA的第一階段,如果某個事務參與者反饋失敗消息,說明該節點的本地事務執行不成功,必須回滾。于是在第二階段,事務協調節點向所有的事務參與者發送Abort請求。接收到Abort請求之后,各個事務參與者節點需要在本地進行事務的回滾操作,回滾操作依照Undo Log來進行。
XA兩階段提交的不足
- 性能問題
XA協議遵循強一致性。在事務執行過程中,各個節點占用著數據庫資源,只有當所有節點準備完畢,事務協調者才會通知提交,參與者提交后釋放資源。這樣的過程有著非常明顯的性能問題。
- 協調者單點故障問題
事務協調者是整個XA模型的核心,一旦事務協調者節點掛掉,參與者收不到提交或是回滾通知,參與者會一直處于中間狀態無法完成事務。
- 丟失消息導致的不一致問題。
在XA協議的第二個階段,如果發生局部網絡問題,一部分事務參與者收到了提交消息,另一部分事務參與者沒收到提交消息,那么就導致了節點之間數據的不一致。
為了解決上訴問題,提供下面幾重分布式事務解決方案
- XA三階段提交
XA三階段提交在兩階段提交的基礎上增加了CanCommit階段,并且引入了超時機制。一旦事物參與者遲遲沒有接到協調者的commit請求,會自動進行本地commit。這樣有效解決了協調者單點故障的問題。但是性能問題和不一致的問題仍然沒有根本解決。
- MQ事務
利用消息中間件來異步完成事務的后一半更新,實現系統的最終一致性。這個方式避免了像XA協議那樣的性能問題。
- TCC事務
TCC事務是Try、Commit、Cancel三種指令的縮寫,其邏輯模式類似于XA兩階段提交,但是實現方式是在代碼層面來人為實現。
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