MySQL新版本特性之：`MySQL 8.0`的`utf8mb4`：其在`Unicode`支持中的默认编码。

MySQL 8.0 的 utf8mb4：Unicode 支持的默认编码

各位技术同仁，大家好！今天我们来深入探讨 MySQL 8.0 中一个至关重要的特性：utf8mb4 作为 Unicode 支持的默认编码。这不仅仅是一个简单的编码变更，它影响着数据库存储、检索、排序以及应用程序的兼容性，对我们构建全球化应用至关重要。

1. 编码的演进：从 utf8 到 utf8mb4

在 MySQL 5.5 之前，我们通常使用 latin1 作为默认字符集。latin1 只能表示西欧字符，对于多语言支持显然不足。为了解决这个问题，MySQL 引入了 utf8。

然而，最初的 utf8 实现并非完全符合 Unicode 标准。它实际上只支持 BMP (Basic Multilingual Plane) 中的字符，即 Unicode 中编号从 U+0000 到 U+FFFF 的字符。这意味着一些常用的字符，比如 Emoji 表情符号、一些罕见的汉字，以及一些非 BMP 字符集中的字符，都无法直接存储到使用 utf8 编码的 MySQL 数据库中。

为了解决这个问题，MySQL 引入了 utf8mb4。utf8mb4 是真正的 UTF-8 编码，能够支持 Unicode 标准中所有的字符，包括 BMP 之外的字符。mb4 代表 "most bytes 4"，意味着每个字符最多可以使用 4 个字节来表示。

2. 为什么选择 utf8mb4 作为默认编码？

MySQL 8.0 将 utf8mb4 设置为默认字符集，这是一个重要的进步，主要基于以下几个原因：

• 完整的 Unicode 支持: utf8mb4 确保了数据库能够存储和检索任何 Unicode 字符，避免了因字符集限制而导致的数据丢失或错误。
• 全球化应用支持: 随着全球化应用的普及，对多语言支持的需求越来越强烈。utf8mb4 提供了必要的支持，使得 MySQL 能够更好地服务于全球市场。
• 数据一致性: 使用 utf8mb4 可以避免应用程序和数据库之间字符集不一致的问题，从而提高数据的可靠性和一致性。
• 行业标准: 越来越多的数据库和编程语言都采用了真正的 UTF-8 编码作为默认字符集，MySQL 8.0 的这一举措使其更加符合行业标准。

3. utf8mb4 的优势与成本

特性	utf8	utf8mb4
Unicode 支持	仅 BMP	完整 Unicode
存储空间	1-3 字节	1-4 字节
兼容性	较好	较好
应用场景	仅支持 BMP 的应用	任何应用

• 优势：

  • 完整性: 能够存储和检索任何 Unicode 字符，没有字符集限制。
  • 兼容性: 与 utf8 兼容，大多数情况下，可以将现有数据库从 utf8 迁移到 utf8mb4 而无需修改应用程序代码。
  • 标准化: 符合 Unicode 标准，与其他支持 UTF-8 的系统能够更好地集成。

• 成本：

  • 存储空间： utf8mb4 可能会占用更多的存储空间，因为它使用 4 个字节来表示某些字符，而 utf8 只使用 3 个字节。
  • 性能： 在某些情况下，utf8mb4 可能会比 utf8 慢一些，因为需要处理更多的字节。

然而，随着硬件性能的提升和数据库优化技术的进步，utf8mb4 的性能成本已经变得越来越可以忽略不计。存储空间成本的增加也相对较小，特别是在考虑到完整 Unicode 支持带来的好处时。

4. 如何使用 utf8mb4

4.1 数据库级别设置

在创建数据库时，可以指定 utf8mb4 作为默认字符集和排序规则：

CREATE DATABASE mydatabase CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

• CHARACTER SET utf8mb4: 指定数据库的字符集为 utf8mb4。
• COLLATE utf8mb4_unicode_ci: 指定数据库的排序规则为 utf8mb4_unicode_ci。 utf8mb4_unicode_ci 是一个不区分大小写的 Unicode 排序规则，适用于大多数应用场景。

你也可以修改现有数据库的字符集：

ALTER DATABASE mydatabase CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

4.2 表级别设置

在创建表时，可以指定表的字符集和排序规则：

CREATE TABLE mytable (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci
) ENGINE=InnoDB;

你也可以修改现有表的字符集：

ALTER TABLE mytable CONVERT TO CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

4.3 列级别设置

可以为表中的单个列指定字符集和排序规则：

CREATE TABLE mytable (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci,
    description TEXT CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_general_ci
) ENGINE=InnoDB;

4.4 连接级别设置

在建立数据库连接时，需要设置连接的字符集，以确保客户端和服务器之间能够正确地交换数据。

• 使用命令行客户端：

mysql --default-character-set=utf8mb4 -u username -p

• 在应用程序中：

  不同的编程语言和数据库驱动程序有不同的设置字符集的方法。 以下是一些示例：

  • PHP (PDO):

  $dsn = "mysql:host=localhost;dbname=mydatabase;charset=utf8mb4";
  $pdo = new PDO($dsn, 'username', 'password');

  • Python (MySQL Connector/Python):

  import mysql.connector
  
  mydb = mysql.connector.connect(
    host="localhost",
    user="username",
    password="password",
    database="mydatabase",
    charset="utf8mb4"
  )

  • Java (JDBC):

  String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase?useUnicode=true&characterEncoding=utf8mb4";
  Connection conn = DriverManager.getConnection(url, "username", "password");

5. 排序规则 (Collation) 的选择

排序规则决定了数据库如何比较和排序字符串。 utf8mb4 有多种排序规则可供选择，常见的有：

• utf8mb4_unicode_ci: 基于 Unicode 标准的不区分大小写的排序规则。 适用于大多数应用场景，特别是需要支持多种语言的应用程序。
• utf8mb4_general_ci: 一个更快的、但不太准确的不区分大小写的排序规则。 在某些情况下，可能会产生不一致的排序结果。
• utf8mb4_bin: 区分大小写的二进制排序规则。 适用于需要精确匹配字符串的应用程序。

选择合适的排序规则取决于具体的应用需求。 通常情况下，utf8mb4_unicode_ci 是一个不错的选择，因为它提供了良好的 Unicode 支持和不区分大小写的比较。

6. 迁移到 utf8mb4

如果你的数据库仍然使用 utf8 或 latin1，那么迁移到 utf8mb4 是一个值得考虑的选择。 迁移过程可能涉及以下步骤：

1. 备份数据库： 在进行任何更改之前，务必备份数据库，以防止数据丢失。
2. 修改数据库、表和列的字符集和排序规则： 使用 ALTER DATABASE 和 ALTER TABLE 语句修改字符集和排序规则。
3. 修改应用程序的连接字符集： 确保应用程序使用 utf8mb4 连接到数据库。
4. 测试应用程序： 在迁移完成后，务必测试应用程序，以确保一切正常工作。

示例迁移脚本：

-- 备份数据库
-- 执行 mysqldump 命令备份数据库

-- 修改数据库字符集和排序规则
ALTER DATABASE mydatabase CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

-- 修改表中所有 varchar 和 text 类型的列的字符集和排序规则
-- 注意：需要根据实际情况修改表名和列名
-- 可以编写一个存储过程来自动化这个过程

DELIMITER //
CREATE PROCEDURE migrate_to_utf8mb4(IN db_name VARCHAR(255))
BEGIN
  DECLARE table_name VARCHAR(255);
  DECLARE column_name VARCHAR(255);
  DECLARE data_type VARCHAR(255);
  DECLARE done INT DEFAULT FALSE;

  DECLARE cur CURSOR FOR
    SELECT TABLE_NAME, COLUMN_NAME, DATA_TYPE
    FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
    WHERE TABLE_SCHEMA = db_name
    AND DATA_TYPE IN ('varchar', 'char', 'text', 'mediumtext', 'longtext');

  DECLARE CONTINUE HANDLER FOR NOT FOUND SET done = TRUE;

  OPEN cur;

  read_loop: LOOP
    FETCH cur INTO table_name, column_name, data_type;
    IF done THEN
      LEAVE read_loop;
    END IF;

    SET @sql = CONCAT('ALTER TABLE `', table_name, '` MODIFY `', column_name, '` ', DATA_TYPE, ' CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;');
    PREPARE stmt FROM @sql;
    EXECUTE stmt;
    DEALLOCATE PREPARE stmt;

  END LOOP;

  CLOSE cur;
END //
DELIMITER ;

-- 调用存储过程
CALL migrate_to_utf8mb4('mydatabase');

-- 修改表的字符集和排序规则
ALTER TABLE mytable CONVERT TO CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_unicode_ci;

-- 检查字符集和排序规则是否已成功修改
SHOW TABLE STATUS FROM mydatabase LIKE 'mytable';

-- 修改应用程序的连接字符集
-- (参考 4.4 节)

-- 测试应用程序
-- ...

7. 注意事项

• 索引长度限制： MySQL 中索引的长度有限制。 对于 utf8mb4 类型的列，索引的最大长度可能会比 utf8 类型的列更短。 在创建索引时需要注意索引长度的限制。 可以考虑使用前缀索引来解决这个问题。
• 字符比较： 不同的排序规则会影响字符的比较结果。 在编写 SQL 查询时，需要注意排序规则的选择，以确保能够得到正确的结果。
• 应用程序兼容性： 在迁移到 utf8mb4 之前，需要检查应用程序是否兼容 utf8mb4。 大多数情况下，应用程序应该能够正常工作，但某些旧的应用程序可能需要进行修改。
• 存储引擎： 确保使用的存储引擎支持 utf8mb4。 InnoDB 和 MyISAM 都支持 utf8mb4。

8. 编码问题排查

如果遇到编码问题，可以按照以下步骤进行排查：

1. 检查数据库、表和列的字符集和排序规则。 使用 SHOW CREATE DATABASE 和 SHOW CREATE TABLE 语句查看字符集和排序规则。
2. 检查连接字符集。 确保客户端和服务器使用相同的字符集。
3. 检查应用程序的编码设置。 确保应用程序使用正确的编码来读取和写入数据。
4. 使用十六进制编辑器查看数据。 可以使用十六进制编辑器来查看数据库中存储的实际数据，以确定是否存在编码问题。

示例：使用十六进制编辑器查看数据

假设我们有一个名为 mytable 的表，其中包含一个名为 name 的 VARCHAR(255) 类型的列，其字符集为 utf8mb4。我们可以使用以下步骤来查看 name 列中的数据：

1. 查询数据：

   SELECT HEX(name) FROM mytable WHERE id = 1;

   这将返回 name 列中数据的十六进制表示。

2. 使用十六进制编辑器分析数据：

   将十六进制数据复制到十六进制编辑器中，例如 HxD (Windows) 或 Hex Fiend (macOS)。通过分析十六进制数据，我们可以确定是否存在编码问题。例如，如果看到非法的 UTF-8 序列，则可能存在编码问题。

9. 结论

MySQL 8.0 将 utf8mb4 设置为默认字符集，这是一个重要的进步，它为全球化应用提供了更好的支持。通过了解 utf8mb4 的优势、成本以及使用方法，我们可以更好地利用 MySQL 构建可靠、可扩展的应用程序。在实际应用中，请务必根据具体需求选择合适的排序规则，并注意索引长度限制、字符比较以及应用程序兼容性等问题。

更好的Unicode支持，更好的全球化应用

utf8mb4作为MySQL 8.0的默认编码，为数据库提供了更完整的Unicode支持，从而能够更好地支持全球化应用。选择合适的排序规则以及注意相关事项，可以帮助我们构建更可靠、可扩展的应用程序。

最后，希望今天的分享对大家有所帮助！感谢各位的聆听！