MySQL中你可能忽略的COLLATION实例详解

前言

MySQL 数据库的字符串类型有 CHAR、VARCHAR、BINARY、BLOB、TEXT、ENUM、SET。不同的类型在业务设计、数据库性能方面的表现完全不同，其中最常使用的是 CHAR、VARCHAR。今天我就带你深入了解字符串类型 CHAR、VARCHAR 的应用。

CHAR 和 VARCHAR 的定义

CHAR(N) 用来保存固定长度的字符，N 的范围是 0 ~ 255，请牢记，N 表示的是字符，而不是字节。VARCHAR(N) 用来保存变长字符，N 的范围为 0 ~ 65536， N 同样表示字符。

在超出 65536 个字节的情况下，可以考虑使用更大的字符类型 TEXT 或 BLOB，两者最大存储长度为 4G，其区别是 BLOB 没有字符集属性，纯属二进制存储。

和 Oracle、SQL Server 等传统关系型数据库不同的是，MySQL 数据库的 VARCHAR 字符类型，最大能够存储 65536 个字节，所以在 MySQL 数据库下，绝大部分场景使用类型 VARCHAR 就足够了。

字符集

在表结构设计中，除了将列定义为 CHAR 和 VARCHAR 用以存储字符以外，还需要额外定义字符对应的字符集，因为每种字符在不同字符集编码下，对应着不同的二进制值。常见的字符集有 GBK、UTF8，通常推荐把默认字符集设置为 UTF8。

而且随着移动互联网的飞速发展，推荐把 MySQL 的默认字符集设置为 UTF8MB4，否则，某些 emoji 表情字符无法在 UTF8 字符集下存储，比如 emoji 笑脸表情，对应的字符编码为 0xF09F988E：

若强行在字符集为 UTF8 的列上插入 emoji 表情字符， MySQL 会抛出如下错误信息：

mysql> SHOW CREATE TABLE emoji_test\G*************************** 1. row ***************************       Table: emoji_testCreate Table: CREATE TABLE `emoji_test` (  `a` varchar(100) CHARACTER SET utf8,  PRIMARY KEY (`a`)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf81 row in set (0.01 sec)mysql> INSERT INTO emoji_test VALUES (0xF09F988E);ERROR 1366 (HY000): Incorrect string value: '\xF0\x9F\x98\x8E' for column 'a' at row 1

[mysqld]character-set-server = utf8mb4...

从上面的例子可以看到，CHAR(1) 既可以存储 1 个 'a' 字节，也可以存储 4 个字节的 emoji 笑脸表情，因此 CHAR 本质也是变长的。

鉴于目前默认字符集推荐设置为 UTF8MB4，所以在表结构设计时，可以把 CHAR 全部用 VARCHAR 替换，底层存储的本质实现一模一样。

排序规则

排序规则（Collation）是比较和排序字符串的一种规则，每个字符集都会有默认的排序规则，你可以用命令 SHOW CHARSET 来查看：

mysql> SHOW CHARSET LIKE 'utf8%';+---------+---------------+--------------------+--------+| Charset | Description   | Default collation  | Maxlen |+---------+---------------+--------------------+--------+| utf8    | UTF-8 Unicode | utf8_general_ci    |      3 || utf8mb4 | UTF-8 Unicode | utf8mb4_0900_ai_ci |      4 |+---------+---------------+--------------------+--------+2 rows in set (0.01 sec)mysql> SHOW COLLATION LIKE 'utf8mb4%';+----------------------------+---------+-----+---------+----------+---------+---------------+| Collation                  | Charset | Id  | Default | Compiled | Sortlen | Pad_attribute |+----------------------------+---------+-----+---------+----------+---------+---------------+| utf8mb4_0900_ai_ci         | utf8mb4 | 255 | Yes     | Yes      |       0 | NO PAD        || utf8mb4_0900_as_ci         | utf8mb4 | 305 |         | Yes      |       0 | NO PAD        || utf8mb4_0900_as_cs         | utf8mb4 | 278 |         | Yes      |       0 | NO PAD        || utf8mb4_0900_bin           | utf8mb4 | 309 |         | Yes      |       1 | NO PAD        || utf8mb4_bin                | utf8mb4 |  46 |         | Yes      |       1 | PAD SPACE     |......

mysql> SELECT 'a' = 'A';+-----------+| 'a' = 'A' |+-----------+|         1 |+-----------+1 row in set (0.00 sec)mysql> SELECT CAST('a' as char) COLLATE utf8mb4_0900_as_cs = CAST('A' as CHAR) COLLATE utf8mb4_0900_as_cs as result;+--------+| result |+--------+|      0 |+--------+1 row in set (0.00 sec)

正确修改字符集

当然，相信不少业务在设计时没有考虑到字符集对于业务数据存储的影响，所以后期需要进行字符集转换，但很多同学会发现执行如下操作后，依然无法插入 emoji 这类 UTF8MB4 字符：

ALTER TABLE emoji_test CHARSET utf8mb4;

mysql> SHOW CREATE TABLE emoji_test\G*************************** 1. row ***************************       Table: emoji_testCreate Table: CREATE TABLE `emoji_test` (  `a` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,  PRIMARY KEY (`a`)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci1 row in set (0.00 sec)

mysql> ALTER TABLE emoji_test CONVERT TO CHARSET utf8mb4;Query OK, 0 rows affected (0.94 sec)Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0mysql> SHOW CREATE TABLE emoji_test\G*************************** 1. row ***************************       Table: emoji_testCreate Table: CREATE TABLE `emoji_test` (  `a` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL,  PRIMARY KEY (`a`)) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci1 row in set (0.00 sec)

设计表结构时，你会遇到一些固定选项值的字段。例如，性别字段（Sex），只有男或女；又或者状态字段（State），有效的值为运行、停止、重启等有限状态。
我观察后发现，大多数开发人员喜欢用 INT 的数字类型去存储性别字段，比如：

CREATE TABLE `User` (  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `sex` tinyint DEFAULT NULL,  ......  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB；

表达不清：在具体存储时，0 表示女，还是 1 表示女呢？每个业务可能有不同的潜规则；
脏数据：因为是 tinyint，因此除了 0 和 1，用户完全可以插入 2、3、4 这样的数值，最终表中存在无效数据的可能，后期再进行清理，代价就非常大了。

在 MySQL 8.0 版本之前，可以使用 ENUM 字符串枚举类型，只允许有限的定义值插入。如果将参数 SQL_MODE 设置为严格模式，插入非定义数据就会报错：

mysql> SHOW CREATE TABLE User\G*************************** 1. row ***************************       Table: UserCreate Table: CREATE TABLE `User` (  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `sex` enum('M','F') COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT NULL,  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB1 row in set (0.00 sec)mysql> SET sql_mode = 'STRICT_TRANS_TABLES';Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.00 sec)mysql> INSERT INTO User VALUES (NULL,'F');Query OK, 1 row affected (0.08 sec)mysql> INSERT INTO User VALUES (NULL,'A');ERROR 1265 (01000): Data truncated for column 'sex' at row 1

mysql> SHOW CREATE TABLE User\G*************************** 1. row ***************************       Table: UserCreate Table: CREATE TABLE `User` (  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `sex` char(1) COLLATE utf8mb4_general_ci DEFAULT NULL,  PRIMARY KEY (`id`),  CONSTRAINT `user_chk_1` CHECK (((`sex` = _utf8mb4'M') or (`sex` = _utf8mb4'F')))) ENGINE=InnoDB1 row in set (0.00 sec)mysql> INSERT INTO User VALUES (NULL,'M');Query OK, 1 row affected (0.07 sec)mysql> INSERT INTO User VALUES (NULL,'Z');ERROR 3819 (HY000): Check constraint 'user_chk_1' is violated.

账户密码存储设计

切记，在数据库表结构设计时，千万不要直接在数据库表中直接存储密码，一旦有恶意用户进入到系统，则面临用户数据泄露的极大风险。比如金融行业，从合规性角度看，所有用户隐私字段都需要加密，甚至业务自己都无法知道用户存储的信息（隐私数据如登录密码、手机、信用卡信息等）。

相信不少开发开发同学会通过函数 MD5 加密存储隐私数据，这没有错，因为 MD5 算法并不可逆。然而，MD5 加密后的值是固定的，如密码 12345678，它对应的 MD5 固定值即为 25d55ad283aa400af464c76d713c07ad。

因此，可以对 MD5 进行暴力破解，计算出所有可能的字符串对应的 MD5 值。若无法枚举所有的字符串组合，那可以计算一些常见的密码，如111111、12345678 等。我放在文稿中的这个网站，可用于在线解密 MD5 加密后的字符串。

所以，在设计密码存储使用，还需要加盐（salt），每个公司的盐值都是不同的，因此计算出的值也是不同的。若盐值为 psalt，则密码 12345678 在数据库中的值为：

password = MD5（‘psalt12345678'）

若 salt 值被（离职）员工泄漏，则外部黑客依然存在暴利破解的可能性；

对于相同密码，其密码存储值相同，一旦一个用户密码泄漏，其他相同密码的用户的密码也将被泄漏；

固定使用 MD5 加密算法，一旦 MD5 算法被破解，则影响很大。

所以一个真正好的密码存储设计，应该是：动态盐 + 非固定加密算法。

我比较推荐这么设计密码，列 password 存储的格式如下：

$salt$cryption_algorithm$value

$salt：表示动态盐，每次用户注册时业务产生不同的盐值，并存储在数据库中。若做得再精细一点，可以动态盐值 + 用户注册日期合并为一个更为动态的盐值。
$cryption_algorithm：表示加密的算法，如 v1 表示 MD5 加密算法，v2 表示 AES256 加密算法，v3 表示 AES512 加密算法等。
$value：表示加密后的字符串。

这时表 User 的结构设计如下所示：

CREATE TABLE User (  id BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT,    name VARCHAR(255) NOT NULL,  sex CHAR(1) NOT NULL,  password VARCHAR(1024) NOT NULL,  regDate DATETIME NOT NULL,  CHECK (sex = 'M' OR sex = 'F'),  PRIMARY KEY(id));SELECT * FROM User\G*************************** 1. row ***************************      id: 1    name: David     sex: Mpassword: $fgfaef$v1$2198687f6db06c9d1b31a030ba1ef074 regDate: 2020-09-07 15:30:00*************************** 2. row ***************************      id: 2    name: Amy     sex: Fpassword: $zpelf$v2$0x860E4E3B2AA4005D8EE9B7653409C4B133AF77AEF53B815D31426EC6EF78D882 regDate: 2020-09-07 17:28:00

即便别有用心的用户拿到当前密码加密算法，则通过加密算法 $cryption_algorithm 版本，可以对用户存储的密码进行升级，进一步做好对于恶意数据攻击的防范。

前言

CHAR 和 VARCHAR 的定义

总结

更多相关文章

随机推荐