MySQL编程进阶之：主键与外键的设计：`BIGINT`、`INT`和`UUID`的选型与性能影响。

各位观众老爷们，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天聊聊MySQL里主键和外键的那些事儿，特别是BIGINT、INT和UUID这哥仨，在主键和外键的设计上，到底谁更胜一筹，以及它们对性能的影响。

一、主键：表里的身份证

首先，咱们得搞清楚主键是干啥的。你可以把它想象成咱们的身份证号，在茫茫人海中，它能唯一标识你。在数据库表里，主键的作用也是一样的，它用来唯一标识表中的每一行数据。

主键的特性：

• 唯一性: 绝对不能重复，不然就乱套了。
• 非空性: 不能为空，身份证丢了还能补办，主键空了就找不到人了。
• 稳定性: 尽量不要轻易修改，身份证号频繁换，谁受得了？

二、外键：表与表之间的关系纽带

外键是用来建立表与表之间关系的。比如，咱们有个用户表(users)，还有个订单表(orders)。一个用户可以下多个订单，那么订单表里就需要一个字段来关联到用户表，这个字段就是外键。

外键的特性：

• 指向性: 外键必须指向另一个表的主键或唯一键。
• 约束性: 外键的值必须是关联表主键或唯一键中存在的值，或者为空（如果允许空值）。
• 关联性: 通过外键，我们可以轻松地查询到相关联的数据。

三、主键选型：BIGINT、INT和UUID的大乱斗

接下来，咱们进入正题，看看BIGINT、INT和UUID这三个家伙，在主键选型上都有啥优缺点。

1. INT (Integer): 小而快，够用就行

   • 优点:
     • 占用空间小：INT通常占用4个字节。
     • 查询速度快：整数类型的比较运算速度很快。
     • 易于阅读和维护：数字看起来比UUID舒服多了。
   • 缺点:
     • 范围有限：INT的最大值是2,147,483,647，如果数据量很大，可能会超出范围。
     • 不适合分布式系统：在分布式环境下，容易出现主键冲突。
   • 适用场景:
     • 数据量不是特别大的系统。
     • 对性能要求比较高的系统。
     • 单体应用。
   • 代码示例:

   CREATE TABLE users (
       id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
       username VARCHAR(255) NOT NULL,
       email VARCHAR(255) NOT NULL
   );

2. BIGINT (Big Integer): 大而全，不怕撑着

   • 优点:
     • 范围更大：BIGINT通常占用8个字节，最大值是9,223,372,036,854,775,807，基本可以满足绝大多数场景的需求。
     • 适合分布式系统：更大的范围意味着更不容易出现主键冲突。
   • 缺点:
     • 占用空间稍大：相比INT，BIGINT占用更多的存储空间。
     • 查询速度稍慢：虽然差距不大，但理论上整数比较的性能会受到数据大小的影响。
   • 适用场景:
     • 数据量非常大的系统。
     • 分布式系统。
     • 需要长期维护的系统。
   • 代码示例:

   CREATE TABLE products (
       id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
       name VARCHAR(255) NOT NULL,
       price DECIMAL(10, 2) NOT NULL
   );

3. UUID (Universally Unique Identifier): 独一无二，全球通用

   • 优点:
     • 绝对唯一：UUID是根据算法生成的，可以保证在全球范围内唯一。
     • 适合分布式系统：不需要中心化的ID生成器，每个节点都可以独立生成UUID。
   • 缺点:
     • 占用空间大：UUID通常占用16个字节。
     • 查询速度慢：UUID是字符串类型，比较运算速度比整数慢。
     • 存储效率低：UUID是随机生成的，会导致索引碎片化，降低查询性能。
     • 可读性差：一长串字符，谁看了都头疼。
   • 适用场景:
     • 需要保证ID绝对唯一的系统。
     • 分布式系统，且对性能要求不高。
     • 数据需要在不同系统之间同步的场景。
   • 代码示例:

   CREATE TABLE orders (
       id VARCHAR(36) PRIMARY KEY, -- UUID通常是36个字符的字符串
       user_id INT NOT NULL,
       order_date DATETIME NOT NULL
   );

   在这里，id字段是VARCHAR(36)，用来存储UUID。 注意，你需要使用数据库提供的函数或者编程语言来生成UUID，并插入到这个字段中。 例如，在MySQL中，可以使用UUID()函数：

   INSERT INTO orders (id, user_id, order_date) VALUES (UUID(), 123, NOW());

四、性能影响：一场没有硝烟的战争

主键的选型直接影响到数据库的性能，主要体现在以下几个方面：

1. 存储空间:

   • INT < BIGINT < UUID
   • 存储空间越大，意味着磁盘I/O的开销越大，查询速度会受到影响。

2. 查询速度:

   • INT > BIGINT > UUID
   • 整数类型的比较运算速度比字符串快。
   • UUID的随机性会导致索引碎片化，降低查询性能。

3. 索引维护:

   • INT和BIGINT的自增特性可以保证索引的有序性，提高查询效率。
   • UUID的随机性会导致索引频繁分裂和合并，增加维护成本。

五、外键选型：保持一致性是关键

外键的选型原则很简单：必须与关联表的主键类型保持一致！ 否则，数据库会报错，而且即使能运行，性能也会受到影响。

举个例子，如果用户表(users)的主键是INT，那么订单表(orders)的外键(user_id)也必须是INT。

六、实战演练：如何选择最适合你的主键

说了这么多理论，咱们来点实际的。假设你要设计一个电商平台的数据库，你会如何选择主键呢？

场景	主键类型	理由
用户表	BIGINT	电商平台的用户量通常很大，INT可能会超出范围。BIGINT可以满足需求，并且方便以后扩展。如果电商平台是分布式的，使用BIGINT可以降低ID冲突的风险。
商品表	BIGINT	商品数量可能也很大，BIGINT同样适用。
订单表	BIGINT	订单量会随着用户和商品的增加而增加，BIGINT可以保证ID的唯一性。
评论表	BIGINT	评论数量也可能非常庞大，BIGINT可以胜任。
分类表	INT	分类数量通常不会太大，INT足够使用，而且可以节省存储空间，提高查询速度。
支付记录表	BIGINT	支付记录非常重要，需要保证ID的唯一性，BIGINT是一个安全的选择。如果在极高并发下需要保证支付记录ID的全局唯一且有序，可以考虑使用分布式ID生成器 (比如Snowflake算法)生成BIGINT类型的ID，并将其作为主键。

七、优化技巧：让你的数据库飞起来

即使选择了合适的主键类型，还需要一些优化技巧来提升数据库的性能：

1. 使用自增主键:

   • 自增主键可以保证索引的有序性，提高查询效率。
   • MySQL的AUTO_INCREMENT可以很方便地实现自增主键。

2. 避免使用UUID作为主键:

   • 如果必须使用UUID，可以考虑使用UUID_TO_BIN()函数将UUID转换为二进制存储，可以节省存储空间，提高查询速度。

3. 定期优化索引:

   • 定期使用OPTIMIZE TABLE命令来优化索引，可以减少索引碎片化，提高查询性能。

4. 合理设计索引:

   • 根据查询需求，合理创建索引，可以大大提高查询速度。
   • 但也要注意，索引不是越多越好，过多的索引会增加维护成本，降低写入性能。

5. 使用缓存:

   • 使用缓存可以减少数据库的访问次数，提高响应速度。
   • 常用的缓存技术包括Redis、Memcached等。

八、总结：选择最适合你的才是最好的

BIGINT、INT和UUID各有优缺点，没有绝对的好坏之分。选择哪种类型，取决于你的具体需求。

• 如果数据量不大，对性能要求高，INT是不错的选择。
• 如果数据量很大，或者需要支持分布式系统，BIGINT更适合。
• 如果需要保证ID绝对唯一，且对性能要求不高，UUID可以考虑。

记住，选择最适合你的才是最好的！

九、最后的话

好了，今天的讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，对MySQL的主键和外键选型有了更深入的了解。记住，理论知识很重要，但更重要的是实践。只有不断地实践，才能真正掌握这些知识，并在实际工作中灵活运用。

感谢大家的观看！如果有什么问题，欢迎在评论区留言，我会尽力解答。下次再见！