MySQL 外键影响

数据库范式是一个比较抽象的概念，对于关系型数据库来说，有效的解决关系数据库中避免数据冗余，减少数据库的存储空间，并且减轻维护数据完整性的成本。

数据库范式也是关系型数据库核心的设计模式之一，也是从事数据库开发人员必备知识。其中外键适用于3NF第三范式，在数据库中的作用是保持数据一致性，完整性。主要目的是使两张表形成关联，控制存储在外键表中的数据。 外键在一定程度上说明的业务逻辑，会使设计周到具体全面。

特别是，MySQL已主键驱动数据，经验告诉我们，外键其实不适合。实际环境中很少使用外键，一般都是程序实现关联关系。

外键理解

在MySQL外键的关联中，包含多种action关联，如语法中体现：

[CONSTRAINT [symbol]] FOREIGN KEY
    [index_name] (col_name, ...)
    REFERENCES tbl_name (col_name,...)
    [ON DELETE reference_option]
    [ON UPDATE reference_option]

reference_option:
    RESTRICT | CASCADE | SET NULL | NO ACTION | SET DEFAULT

注意：

• 目前外键使用范围 InnoDB和NDB存储引擎都会使用FOREIGN_KEY，还有受到lower_case_table_names大小写敏感系统变量。

• 父子表必须使用相同的存储引擎，并且不能将它们定义为临时表。
  创建外键约束需要父表上的REFERENCES权限。

• 外键和引用键中的对应列必须具有类似的数据类型。固定精度类型(如INTEGER、DECIMAL)的大小和符号必须相同。字符串类型的长度不必相同。对于非二进制(字符)字符串列，字符集和排序规则必须相同。

• 在外键引用表中，必须有一个索引，其中外键列以相同顺序列在第一列。以便外键检查可以快速，不需要全表扫描。

• NDB要求在作为外键引用的任何列上都有一个显式的唯一键(或主键)。InnoDB不是。

• 不支持外键列上的索引前缀，BLOB和TEXT列不能包含在外键中。

• InnoDB目前不支持分区的表的外键

• 外键约束不能引用虚拟生成的列。

外键的行为

从语法上包含三个Action 直接引用，update ，delete 对应操作：

• CASCADE:删除或更新父表中的行，并自动删除或更新子表中匹配的行。

• SET NULL:从父表中删除或更新行，并将子表中的外键列或列设置为NULL.

• RESTRICT:拒绝父表的删除或更新操作。

• NO ACTION:来自标准SQL的关键字。在MySQL中，相当于RESTRICT。如果在被引用的表中有一个相关的外键值，MySQL服务器拒绝对父表进行删除或更新操作。一些数据库系统有延期检查，NO ACTION就是延期检查。在MySQL中，外键约束被立即检查，所以NO ACTION与RESTRICT相同

• SET DEFAULT:这个动作被MySQL解析器识别，但是InnoDB和NDB都拒绝包含ON DELETE SET DEFAULT或ON UPDATE SET DEFAULT子句的表定义。

备注：对于未指定的ON DELETE或ON UPDATE，默认操作总是NO action

InnoDB使用深度优先搜索算法对对应外键约束的索引记录执行级联操作。

锁机制

MySQL根据需要将元数据锁扩展到外键约束相关的表。对于外键检查，在相关表上使用共享只读锁(lock TABLES READ)。对于级联更新，在操作涉及的相关表上使用一个无共享的写锁(lock TABLES write)。当存在外键约束的时候，每次要去扫描此记录是否合格。所以一段关联字段操作，就容易会出现死锁现象。

#结构
CREATE TABLE categories(
   cat_id int not null auto_increment primary key,
   cat_name varchar(255) not null
) ENGINE=InnoDB;
CREATE TABLE products(
   prd_id int not null auto_increment primary key,
   prd_name varchar(355) not null,
   prd_price decimal,
   cat_id int not null,
   FOREIGN KEY fk_cat(cat_id)     REFERENCES categories(cat_id)
   ON UPDATE CASCADE
   ON DELETE RESTRICT
)ENGINE=InnoDB;
#数据
insert into categories(cat_id,cat_name) values(1,'水果'),(2,'蔬菜');
insert into products(prd_id,prd_name,prd_price,cat_id) values(1,'苹果',9,1),(2,'菠萝',10,1),(3,'白菜',8,2),(4,'可乐',7,3);

1）有意思的演示:
父表插入数据未提交，子表更新等待。
父表进行更新未提交，子表插入等待。

session1	session2

#外键最少2张表操作
mysql> show OPEN TABLES where In_use > 0;
+----------+----------+--------+-------------+
| Database | Table    | In_use | Name_locked |
+----------+----------+--------+-------------+
| dbdemo   | products |      2 |           0 |
+----------+----------+--------+-------------+

mysql> SHOW ENGINE INNODB STATUS\G

#外键错误
------------------------
LATEST FOREIGN KEY ERROR
------------------------
2022-05-31 17:22:52 140626893833984 Transaction:
TRANSACTION 9011856, ACTIVE 0 sec updating or deleting
mysql tables in use 1, locked 1
4 lock struct(s), heap size 1128, 2 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 23, OS thread handle 140626893833984, query id 168 localhost root updating
update categories set cat_id=3 where cat_id=2
Foreign key constraint fails for table `dbdemo`.`products`:
,
  CONSTRAINT `products_ibfk_1` FOREIGN KEY (`cat_id`) REFERENCES `categories` (`cat_id`)
Trying to update in parent table, in index PRIMARY tuple:
DATA TUPLE: 4 fields;
 0: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 1: len 6; hex 000000898290; asc       ;;
 2: len 7; hex 01000001970151; asc       Q;;
 3: len 6; hex e894ace88f9c; asc       ;;

But in child table `dbdemo`.`products`, in index fk_cat, there is a record:
PHYSICAL RECORD: n_fields 2; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 1: len 4; hex 80000003; asc     ;;

2）DDL操作受外键约束：

mysql > TRUNCATE TABLE products;
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)

mysql > TRUNCATE TABLE  categories;
ERROR 1701 (42000): Cannot truncate a table referenced in a foreign key constraint (`dbdemo`.`products`, CONSTRAINT `products_ibfk_1`)


mysql> DROP TABLE  categories;
ERROR 3730 (HY000): Cannot drop table 'categories' referenced by a foreign key constraint 'products_ibfk_1' on table 'products'.

注意：MySQL里外键是即时检查的，对每一行都会运行外键检查。如上述情况 或 用load data 导入数据，在检查外键约束上往往消耗大量时间。有时候，可以灵活处理，忽略外键检查：SET foreign_key_checks=0，默认值是1。

3）子表的里外键值是实际保存的数据，一旦父表外键更新，那子表随着更新。可以理解两张表索引结构变更。其实一个动作触发双倍的索引操作，IO放大。

总结

外键在MySQL提现有两种，一个是如何保证数据库数据的完整性和一致性；二是性能的影响。

不用外键时数据管理简单，操作方便，性能高（导入导出等操作，在insert, update, delete 数据的时候更快）

1.有了外键，当做一些涉及外键字段的增，删，更新操作之后，需要触发相关操作去检查，而不得不消耗资源；

2.当删除，更新操作底层需要重新重组索引表，这样导致上锁的时间延长；

3.外键还会因为需要请求对其他表内部加锁而容易出现死锁情况；

4.数据库需要维护外键的内部管理；

综合这些因素，不推荐在关系型数据库使用外键，除了把控不好，在MySQL这样轻量级数据库上，影响范围比较大，建议全靠代码逻辑去保证。