MySQL核心技术原理之：数据类型与函数

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

MySQL是一个开源关系型数据库管理系统，是最流行的关系型数据库管理系统之一。它是一种功能完备、性能卓越、可靠性高、适合各种应用场景的数据库。在本文中，将从数据类型、函数等多个方面详细探讨MySQL的数据结构及相关特性，并通过实例和图表展示核心算法原理，达到对MySQL各项功能的全面认识。

2.MySQL数据类型

2.1 数据类型概览

MySQL支持丰富的数据类型，包括整数类型、浮点数类型、字符串类型、日期时间类型等多种类型。如下所示：

除了上述内置的数据类型外，还可以通过创建用户自定义的数据类型实现复杂的数据结构设计，比如定长数组、集合类型、对象类型等。

2.2 数据类型的选择

由于不同的业务需求和查询频率，不同的数据类型会更加有效地提升数据库的处理能力和效率。因此，在实际应用中应根据具体场景选择合适的数据类型。例如：

• 如果需要存储金额，建议使用DECIMAL或FLOAT类型；
• 如果需要存储图像、视频、文件，则可以使用BLOB或TEXT类型；
• 如果需要快速排序和查找，则应该使用更快的索引；
• 如果需要处理海量数据，则应选择更大的字段类型或更快的硬件配置。

2.3 MySQL数据类型使用规则

当我们创建表时，如果指定了数据类型，MySQL就会根据其数据类型约束其存储空间大小。数据类型越小，MySQL占用的存储空间就越少，查询速度也越快。一般情况下，为了便于维护，数据类型应遵循如下规则：

1. 在大部分情况下，应尽量使用比较小的数据类型，这样可以减少磁盘空间的消耗，提高查询速度。
2. 小数类型应避免使用FLOAT和DOUBLE类型，而是优先考虑使用DECIMAL或NUMERIC类型。
3. 使用TIMESTAMP类型时，应注意时区设置是否正确。
4. 对于那些经常作为关联键使用的字段，应尽可能使用较大的整数类型。

3.MySQL函数

MySQL支持丰富的函数，包括聚集函数、窗口函数、字符串函数、日期时间函数等。本节主要介绍一些核心的函数，并通过实例和图表展示核心算法原理。

3.1 聚集函数

聚集函数（aggregate function）用于计算一个或多个值的统计信息，返回单一值。主要包括以下几类：

• 数学函数：min()、max()、sum()、avg()等。
• 按列计算的函数：count()、group_concat()等。
• 分组的函数：count()、sum()、avg()等。

这些函数都非常重要，因为它们能够帮助我们分析和汇总数据。下面介绍一下其中几个常用的函数：

MIN()和MAX()函数

MIN()函数用于获取一张表中的最小值，MAX()函数用于获取最大值。例如，我们想找出一张表中订单数量最少的用户，就可以用如下SQL语句：

SELECT user_id FROM orders WHERE order_amount = (    SELECT MIN(order_amount) FROM orders);

上面的语句中，子查询SELECT MIN(order_amount) FROM orders用来找到最小的订单金额，然后把这个结果作为WHERE条件匹配到对应的用户ID。这种方法非常灵活，可以在不用循环遍历所有记录的情况下，直接定位到唯一的最小值。

SUM()和AVG()函数

SUM()函数用于求和，AVG()函数用于平均值计算。例如，我们想计算一张表中的订单总额，就可以用如下SQL语句：

SELECT SUM(order_amount) AS total_income FROM orders;

AVG()函数的用法类似，只是不需要指定别名：

SELECT AVG(order_amount) AS avg_order_amount FROM orders;

COUNT()函数

COUNT()函数用于统计满足某个条件的记录数量。例如，我们想统计一张表中的用户数量，就可以用如下SQL语句：

SELECT COUNT(*) AS num_users FROM users;

上面语句的意思是，从users表中统计所有的记录数量，并将这个数量赋值给num_users列。

3.2 GROUP BY 语句

GROUP BY语句通常和聚集函数一起使用，用来将结果划分为若干个分组，每个分组对应一组聚集函数计算的结果。例如，假设有一张orders表，我们要查看每一天的订单数量和总金额，就可以用如下SQL语句：

SELECT DATE(date_created), COUNT(*), SUM(order_amount) FROM orders GROUP BY DATE(date_created);

上面的语句中，DATE()函数用于提取订单创建时间的日期部分，GROUP BY语句按照日期分组，然后分别执行COUNT(*)和SUM(order_amount)两个聚集函数，统计每天的订单数量和总金额。

3.3 HAVING 语句

HAVING语句也可以和聚集函数一起使用，但和WHERE语句不同的是，HAVING语句只用于过滤分组后的结果。例如，假设有一张orders表，我们要查看每月的订单平均金额，但是要求总金额大于10万，就可以用如下SQL语句：

SELECT MONTH(date_created), AVG(order_amount) AS monthly_avg FROM orders GROUP BY MONTH(date_created)HAVING SUM(order_amount) > 10000;

上面语句的意思是，按照订单创建时间的月份分组，计算每月的订单平均金额，同时过滤掉总金额小于等于10万的月份。

3.4 窗口函数

窗口函数（window function）是一个特别强大的功能，它提供了对结果集中特定行进行排名、计算差异值等操作的方法。窗口函数支持多种操作，如RANK()、DENSE_RANK()、ROW_NUMBER()、AVG()、STDDEV()等。窗口函数可以帮助我们进行一些复杂的查询，例如，计算当前销售额的前三名客户。

下面介绍一些常用的窗口函数：

RANK()函数

RANK()函数用于对数据集进行排名，它会自动给相同分数的记录分配相同的排名。例如，我们想查看每个销售额的排名，就可以用如下SQL语句：

SELECT customer_name, sale_amount,     RANK() OVER (ORDER BY sale_amount DESC) AS rankFROM sales;

上面的语句首先选取customer_name、sale_amount三个列，然后使用OVER()子句声明窗口，然后用ORDER BY对sale_amount进行降序排序。最后调用RANK()函数，它会自动给相同的sale_amount值进行递增排名。

DENSE_RANK()函数

DENSE_RANK()函数和RANK()函数类似，不同的是，DENSE_RANK()函数不会跳过相同分数的记录，而是会重新排序。例如，假设销售额的分数为1、1、2、2、3、3，那么RANK()函数的输出顺序可能是1、1、3、3、5、5，而DENSE_RANK()函数的输出顺序则是1、2、3、4、5、6。

ROW_NUMBER()函数

ROW_NUMBER()函数用于根据排序条件对行号进行编号，编号的序列从1开始，并且重复的编号不会跳过。例如，我们想给销售额按照降序排序，然后给每个销售额的序号，就可以用如下SQL语句：

SELECT customer_name, sale_amount,     ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY sale_amount DESC) AS row_numberFROM sales;

同样地，先声明窗口，然后使用ROW_NUMBER()函数给每个sale_amount值进行排名，编号从1开始。

3.5 字符串函数

字符串函数（string function）用于操作字符串，主要包括字符处理函数和文本处理函数。

字符处理函数

字符处理函数主要包括concat()、insert()、replace()、trim()、left()、right()、substring()等函数。

CONCAT()函数

CONCAT()函数用于连接两个或多个字符串。例如，我们想将姓氏和名字组合成一个完整的名字，就可以用如下SQL语句：

SELECT concat(last_name, ',', first_name) AS full_name FROM customers;

上面的语句中，concat()函数接受两个参数，第一个参数为last_name，第二个参数为逗号和空格，最后生成full_name列，包含了完整的名字。

INSERT()函数

INSERT()函数用于向字符串插入子串。例如，我们想将customer_phone列中的星号替换为'-'，就可以用如下SQL语句：

UPDATE customers SET customer_phone=REPLACE(customer_phone, '*', '-') WHERE customer_phone LIKE '%*%';

上面的语句中，REPLACE()函数用于替换customer_phone中的星号，LIKE '%*%'用于筛选出customer_phone中含有星号的记录。

REPLACE()函数

REPLACE()函数用于替换字符串中的某些字符。例如，我们想将customer_email列中的@替换为' AT '，就可以用如下SQL语句：

UPDATE customers SET customer_email=REPLACE(customer_email, '@','AT ') WHERE customer_email LIKE '%@%';

同样地，LIKE '%@%'用于筛选出customer_email中含有'@'的记录。

TRIM()函数

TRIM()函数用于删除字符串两端的空白字符。例如，我们想删除顾客的手机号码末尾的空格，就可以用如下SQL语句：

UPDATE customers SET customer_phone=TRIM(customer_phone) WHERE customer_phone <> '';

TRIM()函数的参数为空白字符，所以这里的'<>'就是说不为空白字符。

LEFT()函数和RIGHT()函数

LEFT()函数和RIGHT()函数用于截取字符串的一端。例如，我们想从顾客的手机号码中间位置截取后四位，就可以用如下SQL语句：

SELECT SUBSTRING(customer_phone, LENGTH(customer_phone)-3, 4) AS last_four FROM customers;

上面的语句中，SUBSTRING()函数用于从customer_phone中截取最后三位字符，然后再减去三个来得到最后四位，最后生成last_four列。

SUBSTRING()函数

SUBSTRING()函数用于提取字符串的一部分。例如，我们想从顾客的手机号码中间位置截取后四位，就可以用如下SQL语句：

SELECT SUBSTRING(customer_phone, 7, 4) AS middle_four FROM customers;

上面的语句中，SUBSTRING()函数的第一个参数为customer_phone，第二个参数为7，第三个参数为4，表示提取中间的四位。

文本处理函数

文本处理函数主要包括LENGTH()、LOWER()、UPPER()、LPAD()、RPAD()、INSTR()、REGEXP_REPLACE()等函数。

LENGTH()函数

LENGTH()函数用于返回字符串的长度。例如，我们想查看顾客的手机号码长度，就可以用如下SQL语句：

SELECT customer_name, LENGTH(customer_phone) AS phone_length FROM customers;

LOWER()函数和UPPER()函数

LOWER()函数用于将字符串转换为小写，UPPER()函数用于将字符串转换为大写。例如，我们想将顾客的电子邮件地址全部转换为小写，就可以用如下SQL语句：

UPDATE customers SET customer_email=LOWER(customer_email) WHERE customer_email IS NOT NULL;

上面的语句中，LOWER()函数将NULL值忽略。

LPAD()函数和RPAD()函数

LPAD()函数和RPAD()函数用于左填充和右填充字符串，使得字符串的总长度达到指定的长度。例如，我们想将顾客的手机号码左边补零，才能保持统一的格式，就可以用如下SQL语句：

SELECT LPAD(customer_phone, 12, '0') AS padded_phone FROM customers;

上面的语句中，LPAD()函数的第一个参数为customer_phone，第二个参数为12，第三个参数为'0'，表示填充0到总长度为12的字符。

INSTR()函数

INSTR()函数用于查找子串出现的位置。例如，我们想知道顾客的姓名首字母在哪个位置，就可以用如下SQL语句：

SELECT customer_name, INSTR(customer_name,'') + 1 AS initial_position FROM customers;

上面的语句中，INSTR()函数的第一个参数为customer_name，第二个参数为' '，表示查找空格字符的位置。然后再加1得到初始位置。

REGEXP_REPLACE()函数

REGEXP_REPLACE()函数用于替换字符串中的子串，它的语法形式如下：

REGEXP_REPLACE(str, pattern, repl[, position [,occurrences]])

其中，pattern表示正则表达式模式，repl表示替换字符串，position表示搜索的起始位置，默认为0，occurrences表示搜索次数，默认是全局替换。例如，我们想把顾客的姓名中带括号的内容替换为空白字符，就可以用如下SQL语句：

UPDATE customers SET customer_name=REGEXP_REPLACE(customer_name, '\(.*?\)', '') WHERE customer_name LIKE '%(...)%';

上面的语句中，REGEXP_REPLACE()函数的第一个参数为customer_name，第二个参数为'(.*?)'，表示匹配括号中的任意内容，第三个参数为空白字符''，表示替换为空白字符。LIKE '%(...)%'用于筛选出包含括号的姓名。

4.MySQL函数和数据的结合应用

通过结合不同的函数，我们可以对MySQL的表格数据进行各种操作。举例来说，假设有一个订单表orders，里面包含订单号、客户名称、商品名称、购买价格、数量、订单金额、下单日期。如果我们想统计最近三个月的订单数量、金额、商品种类分布，就可以用如下SQL语句：

SELECT date_format(date_created,'%Y-%m'), count(*) as order_count,   sum(order_amount) as amount,  group_concat(distinct product_name ORDER BY product_name ASC SEPARATOR '/') as distinct_productsFROM orders o JOIN products p ON o.product_id = p.product_idWHERE date_created >= DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 3 MONTH)GROUP BY date_format(date_created,'%Y-%m');

上面的语句中，首先用JOIN命令连接orders和products表，根据产品ID关联订单和产品。然后用WHERE子句过滤出近三个月的订单，用GROUP BY语句按照订单创建日期的月份进行分组。最后用aggregate函数计算订单数量、订单金额、商品种类分布。group_concat()函数用于合并产品名称，separator参数用于分隔不同产品名称。

5.未来发展趋势与挑战

随着互联网应用的普及和发展，数据库正在成为企业级应用中不可缺少的组件。随着云平台的发展，数据库服务的需求也越来越强烈。但与此同时，我们也要看到数据库技术正在逐步走向成熟，新版本更新迭代很快，但不幸的是，其性能仍然无法跟上应用发展的脚步。因此，如何提升数据库的处理性能，以及优化运行效率、稳定性，仍然是数据库领域的一个重要课题。

来源地址：https://blog.csdn.net/universsky2015/article/details/132798232