数据库原理

本篇讲跨数据库的通用原理：事务、索引、锁、MVCC。MySQL 的具体优化见后端篇的 MySQL 专题。

Q1: 事务的 ACID 特性？ 「🟢 校招/初级」

考察点：数据库事务的基本素养。

参考答案：

• 原子性（A）：事务要么全做要么全不做，靠 undo log 实现回滚。
• 一致性（C）：事务前后数据满足约束，是最终目标。
• 隔离性（I）：并发事务互不干扰，靠锁 + MVCC 实现。
• 持久性（D）：提交后不丢失，靠 redo log 的 WAL 机制保证。

追问延伸：

• 一致性是其他三个特性"保证"出来的吗？
• 崩溃恢复时 redo log 和 undo log 各起什么作用？

Q2: 事务隔离级别有哪些？各自解决什么问题？ 「🟡 中级」

考察点：并发异常的三件套与隔离级别的对应关系。

参考答案：

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	可能	可能	可能
读已提交（RC）	不会	可能	可能
可重复读（RR）	不会	不会	InnoDB 基本解决
串行化	不会	不会	不会

• 脏读：读到别人未提交的数据；不可重复读：同一事务两次读结果不同（被别人 UPDATE）；幻读：范围查询两次结果行数不同（被别人 INSERT）。
• MySQL InnoDB 默认 RR，Oracle/PostgreSQL 生态常用 RC。

追问延伸：

• InnoDB 在 RR 级别下是怎么解决幻读的？（快照读靠 MVCC，当前读靠间隙锁）
• 为什么很多互联网公司把隔离级别降为 RC？

Q3: 什么是 MVCC？ 「🟡 中级」

考察点：理解"读写不互斥"的实现，高频深水区。

参考答案：

• MVCC（多版本并发控制）：每行数据保存多个版本，读操作读某个历史快照，从而读不加锁、读写不阻塞。
• InnoDB 实现：每行有隐藏字段（事务 ID、回滚指针）+ undo log 版本链；事务开始时生成 ReadView，按可见性规则决定读哪个版本。
• RC 与 RR 的区别：RC 每次 SELECT 都生成新 ReadView，所以能读到别人新提交的数据；RR 只在第一次读时生成。

追问延伸：

• 快照读和当前读（SELECT ... FOR UPDATE）的区别？
• MVCC 能完全替代锁吗？什么场景还是要锁？

Q4: 索引为什么能加速查询？有什么代价？ 「🟡 中级」

考察点：索引的收益与成本权衡（B+ 树细节见"树与图"篇）。

参考答案：

• 收益：把全表扫描（O(n)）变成树查找（O(log n)），并支持有序性带来的范围查询、排序、覆盖索引优化。
• 代价：占用磁盘空间；写入时要维护索引树（增删改变慢）；索引过多影响优化器选择。
• 原则：高区分度、查询条件、排序分组字段建索引；低区分度字段（性别）单独建意义不大。

追问延伸：

• 什么是覆盖索引？
• 联合索引 (a, b, c)，查询条件只有 b 能用到索引吗？

Q5: 数据库的锁有哪些分类？ 「🟡 中级」

考察点：锁粒度和锁类型的完整图谱。

参考答案：

• 按粒度：表锁（开销小、并发低）、行锁（开销大、并发高）、页锁（介于两者）。
• 按模式：共享锁（S，读）、排他锁（X，写）；意向锁用于快速判断表上是否有行锁。
• InnoDB 行锁的三种算法：记录锁（锁一行）、间隙锁（锁区间，防幻读）、临键锁（记录+间隙，RR 下默认）。
• 注意：行锁是加在索引上的，走不了索引会退化为表锁。

追问延伸：

• 两个事务更新同一行为什么可能死锁？
• RC 级别下间隙锁还存在吗？

Q6: 什么是 WAL（预写日志）？为什么先写日志再写数据页？ 「🟡 中级」

考察点：数据库持久性与性能的平衡设计。

参考答案：

• 修改数据时先把变更写入日志（顺序写），再择机把脏页刷盘（随机写）。
• 好处：顺序写日志比随机写数据页快得多；崩溃后可以用日志重放恢复（redo），保证已提交事务不丢。
• 本质是用顺序写换随机写，同时解决持久性和性能问题。

追问延伸：

• 刷脏页的时机有哪些？
• Redis 的 AOF 和 WAL 思路有什么相似之处？