【Java工程师面试全攻略】Day5：MySQL数据库面试精要
一、开篇：数据库面试的重要性
MySQL作为最流行的关系型数据库，是Java后端开发的核心依赖。根据统计，数据库相关问题是Java技术面试中出现频率第二高的领域（仅次于Java基础）。今天我们将深入解析MySQL的核心原理和优化策略，帮助你系统掌握数据库面试要点。
二、MySQL体系架构
2.1 整体架构图
[客户端]↓
[连接层] → 连接池、认证↓
[服务层] → SQL接口、解析器、优化器、缓存↓
[存储引擎层] → InnoDB、MyISAM等↓
[文件系统层] → 日志、数据文件
2.2 存储引擎对比
| 特性 | InnoDB | MyISAM | Memory |
|---|---|---|---|
| 事务支持 | ✓ | × | × |
| 行级锁 | ✓ | × | × |
| 外键 | ✓ | × | × |
| 缓存 | 数据和索引 | 仅索引 | 内存表 |
| 崩溃恢复 | 支持 | 弱 | 无 |
| 适用场景 | OLTP | 读密集型 | 临时数据 |
三、索引原理与优化
3.1 B+树索引结构
[根节点]/ | \[非叶节点] [非叶节点] [非叶节点]/ \ / \ / \
[叶子节点]->[叶子节点]->[叶子节点]（双向链表）
特点：
- 非叶子节点只存key
- 叶子节点包含完整数据（聚簇索引）或主键（二级索引）
- 叶子节点通过指针连接，支持范围查询
3.2 索引类型
- 聚簇索引：叶子节点存储行数据（InnoDB主键）
- 二级索引：叶子节点存储主键值
- 覆盖索引：索引包含查询所需全部字段
- 联合索引：多列组合索引（遵循最左前缀原则）
3.3 索引优化原则
创建策略：
- 为WHERE、JOIN、ORDER BY字段建索引
- 区分度高的列优先（基数/总数 ≈ 1）
- 避免过度索引（一般不超过5-6个）
SQL优化示例：
-- 反例：索引失效
SELECT * FROM users WHERE LEFT(name, 3) = '张' AND age > 20;-- 正例：有效利用索引
SELECT * FROM users WHERE name LIKE '张%' AND age > 20;
四、事务与锁机制
4.1 事务隔离级别
| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 | 实现方式 |
|---|---|---|---|---|
| 读未提交 | ✓ | ✓ | ✓ | 无锁 |
| 读已提交 | × | ✓ | ✓ | 快照读 |
| 可重复读 | × | × | ✓ | MVCC+间隙锁 |
| 串行化 | × | × | × | 全表锁 |
4.2 MVCC实现原理
关键组件：
- 隐藏字段：DB_TRX_ID（事务ID）、DB_ROLL_PTR（回滚指针）
- Undo Log：存储历史版本
- ReadView：可见性判断规则
版本链示例：
[当前记录] → [版本1] → [版本2]（通过回滚指针链接）
4.3 InnoDB锁类型
| 锁类型 | 描述 | 冲突 |
|---|---|---|
| 共享锁(S) | 读锁 | 与X锁冲突 |
| 排他锁(X) | 写锁 | 与所有锁冲突 |
| 意向锁(IS/IX) | 表级锁意向 | 互不冲突 |
| 记录锁 | 锁定索引记录 | 同记录冲突 |
| 间隙锁 | 锁定索引间隙 | 防止插入 |
| 临键锁 | 记录锁+间隙锁 | 范围锁 |
五、性能优化实战
5.1 Explain执行计划解析
关键字段解读：
- type：从优到差 system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL
- key：实际使用的索引
- rows：预估扫描行数
- Extra：重要提示（Using index、Using filesort等）
5.2 慢查询优化步骤
- 开启慢查询日志
SET GLOBAL slow_query_log = ON; SET GLOBAL long_query_time = 1; - 使用pt-query-digest分析
- 查看执行计划
- 添加合适索引
- 重写复杂查询
5.3 分库分表策略
拆分方式：
- 水平拆分：按行分散（如user_id % 10）
- 垂直拆分：按列分散（如将大字段单独存放）
中间件选型：
- ShardingSphere
- MyCat
- TDDL
六、高频面试题解析
6.1 问题1：为什么用B+树不用B树？
参考答案：
- 更少的IO次数：非叶子节点不存数据，单页可存更多key
- 范围查询高效：叶子节点形成链表
- 更稳定的查询效率：所有查询都要到叶子层
- 更适合磁盘存储：顺序读写性能优于随机读写
6.2 问题2：MySQL如何保证ACID特性？
实现机制：
- 原子性(A)：Undo Log（回滚段）
- 一致性©：约束+双写缓冲
- 隔离性(I)：MVCC+锁机制
- 持久性(D)：Redo Log（WAL机制）
七、实战案例分析
案例：电商订单查询优化
原始SQL：
SELECT * FROM orders
WHERE user_id = 1001
AND create_time > '2023-01-01'
ORDER BY amount DESC
LIMIT 10;
优化步骤：
- 分析发现全表扫描
- 添加联合索引：(user_id, create_time, amount)
- 改写为覆盖索引查询：
SELECT * FROM orders
WHERE id IN (SELECT id FROM orders WHERE user_id = 1001 AND create_time > '2023-01-01'ORDER BY amount DESC LIMIT 10
);
八、明日预告
明天我们将探讨《Spring框架面试深度解析》，内容包括：
- Spring IOC容器实现原理
- AOP动态代理机制
- Spring事务传播机制
- Bean生命周期详解
- Spring Boot自动配置原理
九、昨日思考题答案
问题：G1回收器如何处理跨Region引用？
答案：
通过Remembered Set（记忆集）实现：
- 每个Region维护一个Remembered Set
- 记录其他Region对本Region的引用
- 垃圾回收时只需扫描Remembered Set
- 通过写屏障技术维护引用关系
欢迎在评论区分享你的MySQL优化经验，我们明天见！