为什么数据库字段要使用NOT NULL?

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所属分类:安全开发
来自公众号:艾小仙

最近刚入职新公司,发现数据库设计有点小问题,数据库字段很多没有NOT NULL,对于强迫症晚期患者来说,简直难以忍受,因此有了这篇文章。

基于目前大部分的开发现状来说,我们都会把字段全部设置成NOT NULL并且给默认值的形式。

通常,对于默认值一般这样设置:

  1. 整形,我们一般使用0作为默认值。

  2. 字符串,默认空字符串

  3. 时间,可以默认1970-01-01 08:00:01,或者默认0000-00-00 00:00:00,但是连接参数要添加zeroDateTimeBehavior=convertToNull,建议的话还是不要用这种默认的时间格式比较好

但是,考虑下原因,为什么要设置成NOT NULL?

来自高性能Mysql中有这样一段话:

尽量避免NULL

很多表都包含可为NULL(空值)的列,即使应用程序并不需要保存NULL也是如此,这是因为可为NULL是列的默认属性。通常情况下最好指定列为NOT NULL,除非真的需要存储NULL值。

如果查询中包含可为NULL的列,对MySql来说更难优化,因为可为NULL的列使得索引、索引统计和值比较都更复杂。可为NULL的列会使用更多的存储空间,在MySql里也需要特殊处理。当可为NULL的列被索引时,每个索引记录需要一个额外的字节,在MyISAM里甚至还可能导致固定大小的索引(例如只有一个整数列的索引)变成可变大小的索引。

通常把可为NULL的列改为NOT NULL带来的性能提升比较小,所以(调优时)没有必要首先在现有schema中查找并修改掉这种情况,除非确定这会导致问题。但是,如果计划在列上建索引,就应该尽量避免设计成可为NULL的列。

当然也有例外,例如值得一提的是,InnoDB使用单独的位(bit)存储NULL值,所以对于稀疏数据有很好的空间效率。但这一点不适用于MyISAM。

书中的描述说了几个主要问题,我这里暂且抛开MyISAM的问题不谈,这里我针对InnoDB作为考量条件。

  1. 如果不设置NOT NULL的话,NULL是列的默认值,如果不是本身需要的话,尽量就不要使用NULL
  2. 使用NULL带来更多的问题,比如索引、索引统计、值计算更加复杂,如果使用索引,就要避免列设置成NULL
  3. 如果是索引列,会带来的存储空间的问题,需要额外的特殊处理,还会导致更多的存储空间占用
  4. 对于稀疏数据有更好的空间效率,稀疏数据指的是很多值为NULL,只有少数行的列有非NULL值的情况

默认值

对于MySql而言,如果不主动设置为NOT NULL的话,那么插入数据的时候默认值就是NULL。

NULL和NOT NULL使用的空值代表的含义是不一样,NULL可以认为这一列的值是未知的,空值则可以认为我们知道这个值,只不过他是空的而已。

举个例子,一张表中的某一条name字段是NULL,我们可以认为不知道名字是什么,反之如果是空字符串则可以认为我们知道没有名字,他就是一个空值

而对于大多数程序的情况而言,没有什么特殊需要非要字段要NULL的吧,NULL值反而会对程序造成比如空指针的问题。

对于现状大部分使用MyBatis的情况来说,我建议使用默认生成的insertSelective方法或者纯手动写插入方法,可以避免新增NOT NULL字段导致的默认值不生效或者插入报错的问题。

值计算

聚合函数不准确

对于NULL值的列,使用聚合函数的时候会忽略NULL值。

现在我们有一张表,name字段默认是NULL,此时对name进行count得出的结果是1,这个是错误的。

count(*)是对表中的行数进行统计,count(name)则是对表中非NULL的列进行统计。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

=失效

对于NULL值的列,是不能使用=表达式进行判断的,下面对name的查询是不成立的,必须使用is NULL

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

与其他值运算

NULL和其他任何值进行运算都是NULL,包括表达式的值也是NULL。

user表第二条记录age是NULL,所以+1之后还是NULL,name是NULL,进行concat运算之后结果还是NULL。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

可以再看下下面的例子,任何和NULL进行运算的话得出的结果都会是NULL,想象下你设计的某个字段如果是NULL还不小心进行各种运算,最后得出的结果。。。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

distinct、group by、order by

对于distinctgroup by来说,所有的NULL值都会被视为相等,对于order by来说升序NULL会排在最前

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

其他问题

表中只有一条有名字的记录,此时查询名字!=a预期的结果应该是想查出来剩余的两条记录,会发现与预期结果不匹配。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

索引问题

为了验证NULL字段对索引的影响,分别对name 和age添加索引。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

关于网上很多说如果NULL那么不能使用索引的说法,这个描述其实并不准确,根据引用官方文档[3]里描述,使用is NULL和范围查询都是可以和正常一样使用索引的,实际验证的结果好像也是这样,看以下例子。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

然后接着我们往数据库中继续插入一些数据进行测试,当NULL列值变多之后发现索引失效了。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

我们知道,一个查询SQL执行大概是这样的流程:

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

首先连接器负责连接到指定的数据库上,接着看看查询缓存中是否有这条语句,如果有就直接返回结果。

如果缓存没有命中的话,就需要分析器来对SQL语句进行语法和词法分析,判断SQL语句是否合法。

现在来到优化器,就会选择使用什么索引比较合理,SQL语句具体怎么执行的方案就确定下来了。

最后执行器负责执行语句、有无权限进行查询,返回执行结果。

从上面的简单测试结果其实可以看到,索引列存在NULL就会存在书中所说的导致优化器在做索引选择的时候更复杂,更加难以优化。

存储空间

数据库中的一行记录在最终磁盘文件中也是以行的方式来存储的,对于InnoDB来说,有4种行存储格式:REDUNDANT、 COMPACT、 DYNAMIC 和 COMPRESSED

InnoDB的默认行存储格式是COMPACT,存储格式如下所示,虚线部分代表可能不一定会存在。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

变长字段长度列表:有多个字段则以逆序存储,我们只有一个字段所有不考虑那么多,存储格式是16进制,如果没有变长字段就不需要这一部分了。

NULL值列表:用来存储我们记录中值为NULL的情况,如果存在多个NULL值那么也是逆序存储,并且必须是8bit的整数倍,如果不够8bit,则高位补0。1代表是NULL,0代表不是NULL。如果都是NOT NULL那么这个就存在了。

ROW_ID:一行记录的唯一标志,没有指定主键的时候自动生成的ROW_ID作为主键。

TRX_ID:事务ID。

ROLL_PRT:回滚指针。

最后就是每列的值。

为了说明清楚这个存储格式的问题,我弄张表来测试,这张表只有c1字段是NOT NULL,其他都是可以为NULL的。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

可变字段长度列表c1c3字段值长度分别为1和2,所以长度转换为16进制是0x01 0x02,逆序之后就是0x02 0x01

NULL值列表:因为存在允许为NULL的列,所以c2,c3,c4分别为010,逆序之后还是一样,同时高位补0满8位,结果是00000010

其他字段我们暂时不管他,最后第一条记录的结果就是,当然这里我们就不考虑编码之后的结果了。

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

这样就是一个完整的数据行数据的格式,反之,如果我们把所有字段都设置为NOT NULL,并且插入一条数据a,bb,ccc,dddd的话,存储格式应该这样:

为什么数据库字段要使用NOT NULL?

虽然我们发现NULL本身并不会占用存储空间,但是如果存在NULL的话就会多占用一个字节的标志位的空间。

文章参考文档:

  1. https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/problems-with-null.html
  2. https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/working-with-null.html
  3. https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/is-null-optimization.html
  4. https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-row-format.html
  5. https://www.cnblogs.com/zhoujinyi/articles/2726462.html
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本文始发于微信公众号(数据库开发):为什么数据库字段要使用NOT NULL?

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