Chapter 03 字符集与比较规则
概念
字符集
描述某个字符范围的编码规则。
常见字符集
-
ASCII
字符集共收录128个字符,包括空格、标点符号、数字、大小写字母和一些不可见字符。由于总共才128个字符,所以可以使用1个字节来进行编码,我们看一些字符的编码方式:
'L' -> 01001100(十六进制:0x4C,十进制:76) 'M' -> 01001101(十六进制:0x4D,十进制:77)
-
ISO 8859-1
字符集共收录256个字符,是在
ASCII
字符集的基础上又扩充了128个西欧常用字符(包括德法两国的字母),也可以使用1个字节来进行编码。这个字符集也有一个别名latin1
。 -
GB2312
字符集收录了汉字以及拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母。其中收录汉字6763个,其他文字符号682个。同时这种字符集又兼容
ASCII
字符集,所以在编码方式上显得有些奇怪: -
如果该字符在
ASCII
字符集中,则采用1字节编码。 -
否则采用2字节编码。
这种表示一个字符需要的字节数可能不同的编码方式称为
变长编码方式
。比方说字符串'爱u'
,其中'爱'
需要用2个字节进行编码,编码后的十六进制表示为0xCED2
,'u'
需要用1个字节进行编码,编码后的十六进制表示为0x75
,所以拼合起来就是0xCED275
。```! 小贴士:
我们怎么区分某个字节代表一个单独的字符还是代表某个字符的一部分呢?别忘了
ASCII
字符集只收录128个字符,使用0~127就可以表示全部字符,所以如果某个字节是在0~127之内的,就意味着一个字节代表一个单独的字符,否则就是两个字节代表一个单独的字符。 ``` -
GBK
字符集GBK
字符集只是在收录字符范围上对GB2312
字符集作了扩充,编码方式上兼容GB2312
。 -
utf8
字符集收录地球上能想到的所有字符,而且还在不断扩充。这种字符集兼容
ASCII
字符集,采用变长编码方式,编码一个字符需要使用1~4个字节,比方说这样:'L' -> 01001100(十六进制:0x4C) '啊' -> 111001011001010110001010(十六进制:0xE5958A)
```! 小贴士:
其实准确的说,utf8只是Unicode字符集的一种编码方案,Unicode字符集可以采用utf8、utf16、utf32这几种编码方案,utf8使用1~4个字节编码一个字符,utf16使用2个或4个字节编码一个字符,utf32使用4个字节编码一个字符。更详细的Unicode和其编码方案的知识不是本书的重点,大家上网查查哈~
MySQL中并不区分字符集和编码方案的概念,所以后边唠叨的时候把utf8、utf16、utf32都当作一种字符集对待。 ```
对于同一个字符,不同字符集也可能有不同的编码方式。比如对于汉字'我'
来说,ASCII
字符集中根本没有收录这个字符,utf8
和gb2312
字符集对汉字我
的编码方式如下:
utf8编码:111001101000100010010001 (3个字节,十六进制表示是:0xE68891)
gb2312编码:1100111011010010 (2个字节,十六进制表示是:0xCED2)
比较规则
在我们确定了xiaohaizi字符集表示字符的范围以及编码规则后,怎么比较两个字符的大小呢?最容易想到的就是直接比较这两个字符对应的二进制编码的大小,比方说字符'a'的编码为0x01,字符'b'的编码为0x02,所以'a'小于'b',这种简单的比较规则也可以被称为二进制比较规则,英文名为binary collation。
在MySQL中
utf8
字符集表示一个字符需要使用1~4个字节,但是我们常用的一些字符使用1~3个字节就可以表示了。而在MySQL
中字符集表示一个字符所用最大字节长度在某些方面会影响系统的存储和性能,所以设计MySQL
的大叔偷偷的定义了两个概念:
-
utf8mb3
:阉割过的utf8
字符集,只使用1~3个字节表示字符。 -
utf8mb4
:正宗的utf8
字符集,使用1~4个字节表示字符。
有一点需要大家十分的注意,在MySQL
中utf8
是utf8mb3
的别名,所以之后在MySQL
中提到utf8
就意味着使用1~3个字节来表示一个字符,如果大家有使用4字节编码一个字符的情况,比如存储一些emoji表情啥的,那请使用utf8mb4
。
字符集的支持
MySQL
支持好多好多种字符集,查看当前MySQL
中支持的字符集可以用下边这个语句:
SHOW (CHARACTER SET|CHARSET) [LIKE 匹配的模式];
其中CHARACTER SET
和CHARSET
是同义词,用任意一个都可以。我们查询一下(支持的字符集太多了,我们省略了一些)
mysql> SHOW CHARSET;
+----------+---------------------------------+---------------------+--------+
| Charset | Description | Default collation | Maxlen |
+----------+---------------------------------+---------------------+--------+
| big5 | Big5 Traditional Chinese | big5_chinese_ci | 2 |
...
| latin1 | cp1252 West European | latin1_swedish_ci | 1 |
| latin2 | ISO 8859-2 Central European | latin2_general_ci | 1 |
...
| ascii | US ASCII | ascii_general_ci | 1 |
...
| gb2312 | GB2312 Simplified Chinese | gb2312_chinese_ci | 2 |
...
| gbk | GBK Simplified Chinese | gbk_chinese_ci | 2 |
| latin5 | ISO 8859-9 Turkish | latin5_turkish_ci | 1 |
...
| utf8 | UTF-8 Unicode | utf8_general_ci | 3 |
| ucs2 | UCS-2 Unicode | ucs2_general_ci | 2 |
...
| latin7 | ISO 8859-13 Baltic | latin7_general_ci | 1 |
| utf8mb4 | UTF-8 Unicode | utf8mb4_general_ci | 4 |
| utf16 | UTF-16 Unicode | utf16_general_ci | 4 |
| utf16le | UTF-16LE Unicode | utf16le_general_ci | 4 |
...
| utf32 | UTF-32 Unicode | utf32_general_ci | 4 |
| binary | Binary pseudo charset | binary | 1 |
...
| gb18030 | China National Standard GB18030 | gb18030_chinese_ci | 4 |
+----------+---------------------------------+---------------------+--------+
41 rows in set (0.01 sec)
比较规则的支持
查看MySQL
中支持的比较规则的命令如下:
SHOW COLLATION [LIKE 匹配的模式];
我们前边说过一种字符集可能对应着若干种比较规则,MySQL
支持的字符集就已经非常多了,所以支持的比较规则更多,我们先只查看一下utf8
字符集下的比较规则:
mysql> SHOW COLLATION LIKE 'utf8\_%';
+--------------------------+---------+-----+---------+----------+---------+
| Collation | Charset | Id | Default | Compiled | Sortlen |
+--------------------------+---------+-----+---------+----------+---------+
| utf8_general_ci | utf8 | 33 | Yes | Yes | 1 |
| utf8_bin | utf8 | 83 | | Yes | 1 |
| utf8_unicode_ci | utf8 | 192 | | Yes | 8 |
| utf8_icelandic_ci | utf8 | 193 | | Yes | 8 |
| utf8_latvian_ci | utf8 | 194 | | Yes | 8 |
| utf8_romanian_ci | utf8 | 195 | | Yes | 8 |
| utf8_slovenian_ci | utf8 | 196 | | Yes | 8 |
| utf8_polish_ci | utf8 | 197 | | Yes | 8 |
| utf8_estonian_ci | utf8 | 198 | | Yes | 8 |
| utf8_spanish_ci | utf8 | 199 | | Yes | 8 |
| utf8_swedish_ci | utf8 | 200 | | Yes | 8 |
| utf8_turkish_ci | utf8 | 201 | | Yes | 8 |
| utf8_czech_ci | utf8 | 202 | | Yes | 8 |
| utf8_danish_ci | utf8 | 203 | | Yes | 8 |
| utf8_lithuanian_ci | utf8 | 204 | | Yes | 8 |
| utf8_slovak_ci | utf8 | 205 | | Yes | 8 |
| utf8_spanish2_ci | utf8 | 206 | | Yes | 8 |
| utf8_roman_ci | utf8 | 207 | | Yes | 8 |
| utf8_persian_ci | utf8 | 208 | | Yes | 8 |
| utf8_esperanto_ci | utf8 | 209 | | Yes | 8 |
| utf8_hungarian_ci | utf8 | 210 | | Yes | 8 |
| utf8_sinhala_ci | utf8 | 211 | | Yes | 8 |
| utf8_german2_ci | utf8 | 212 | | Yes | 8 |
| utf8_croatian_ci | utf8 | 213 | | Yes | 8 |
| utf8_unicode_520_ci | utf8 | 214 | | Yes | 8 |
| utf8_vietnamese_ci | utf8 | 215 | | Yes | 8 |
| utf8_general_mysql500_ci | utf8 | 223 | | Yes | 1 |
+--------------------------+---------+-----+---------+----------+---------+
27 rows in set (0.00 sec)
每种字符集对应若干种比较规则,每种字符集都有一种默认的比较规则,SHOW COLLATION
的返回结果中的Default
列的值为YES
的就是该字符集的默认比较规则,比方说utf8
字符集默认的比较规则就是utf8_general_ci
MySQL中的级别
MySQL
有4个级别的字符集和比较规则,分别是:
- 服务器级别
- 数据库级别
- 表级别
- 列级别
服务器级别
MySQL
提供了两个系统变量来表示服务器级别的字符集和比较规则:
系统变量 | 描述 |
---|---|
character_set_server |
服务器级别的字符集 |
collation_server |
服务器级别的比较规则 |
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_server';
+----------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+----------------------+-------+
| character_set_server | utf8 |
+----------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'collation_server';
+------------------+-----------------+
| Variable_name | Value |
+------------------+-----------------+
| collation_server | utf8_general_ci |
+------------------+-----------------+
1 row in set (0.00 sec)
在启动服务器程序时通过启动选项或者在服务器程序运行过程中使用SET
语句修改这两个变量的值。比如我们可以在配置文件中这样写:
[server]
character_set_server=gbk
collation_server=gbk_chinese_ci
数据库级别
在创建和修改数据库的时候可以指定该数据库的字符集和比较规则,具体语法如下
CREATE DATABASE 数据库名
[[DEFAULT] CHARACTER SET 字符集名称]
[[DEFAULT] COLLATE 比较规则名称];
ALTER DATABASE 数据库名
[[DEFAULT] CHARACTER SET 字符集名称]
[[DEFAULT] COLLATE 比较规则名称];
#例子
mysql> CREATE DATABASE charset_demo_db
-> CHARACTER SET gb2312
-> COLLATE gb2312_chinese_ci;
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)
如果想查看当前数据库使用的字符集和比较规则,可以查看下面两个系统变量的值(前提是使用USE
语句选择当前默认数据库,如果没有默认数据库,则变量与相应的服务器级系统变量具有相同的值):
系统变量 | 描述 |
---|---|
character_set_database |
当前数据库的字符集 |
collation_database |
当前数据库的比较规则 |
mysql> USE charset_demo_db;
Database changed
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_database';
+------------------------+--------+
| Variable_name | Value |
+------------------------+--------+
| character_set_database | gb2312 |
+------------------------+--------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'collation_database';
+--------------------+-------------------+
| Variable_name | Value |
+--------------------+-------------------+
| collation_database | gb2312_chinese_ci |
+--------------------+-------------------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql>
可以看到这个charset_demo_db
数据库的字符集和比较规则就是我们在创建语句中指定的。需要注意的一点是: character_set_database 和 collation_database 这两个系统变量是只读的,我们不能通过修改这两个变量的值而改变当前数据库的字符集和比较规则。
数据库的创建语句中也可以不指定字符集和比较规则,比如这样:
CREATE DATABASE 数据库名;
这样的话将使用服务器级别的字符集和比较规则作为数据库的字符集和比较规则。
表级别
在创建和修改表的时候指定表的字符集和比较规则,语法如下:
CREATE TABLE 表名 (列的信息)
[[DEFAULT] CHARACTER SET 字符集名称]
[COLLATE 比较规则名称]]
ALTER TABLE 表名
[[DEFAULT] CHARACTER SET 字符集名称]
[COLLATE 比较规则名称]
比方说我们在刚刚创建的charset_demo_db
数据库中创建一个名为t
的表,并指定这个表的字符集和比较规则:
mysql> CREATE TABLE t(
-> col VARCHAR(10)
-> ) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci;
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)
如果创建和修改表的语句中没有指明字符集和比较规则,将使用该表所在数据库的字符集和比较规则作为该表的字符集和比较规则。假设我们的创建表t
的语句是这么写的:
CREATE TABLE t(
col VARCHAR(10)
);
因为表t
的建表语句中并没有明确指定字符集和比较规则,则表t
的字符集和比较规则将继承所在数据库charset_demo_db
的字符集和比较规则,也就是gb2312
和gb2312_chinese_ci
。
列级别
需要注意的是,对于存储字符串的列,同一个表中的不同的列也可以有不同的字符集和比较规则。我们在创建和修改列定义的时候可以指定该列的字符集和比较规则,语法如下:
CREATE TABLE 表名(
列名 字符串类型 [CHARACTER SET 字符集名称] [COLLATE 比较规则名称],
其他列...
);
ALTER TABLE 表名 MODIFY 列名 字符串类型 [CHARACTER SET 字符集名称] [COLLATE 比较规则名称];
比如我们修改一下表t
中列col
的字符集和比较规则可以这么写:
mysql> ALTER TABLE t MODIFY col VARCHAR(10) CHARACTER SET gbk COLLATE gbk_chinese_ci;
Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)
Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql>
对于某个列来说,如果在创建和修改的语句中没有指明字符集和比较规则,将使用该列所在表的字符集和比较规则作为该列的字符集和比较规则。比方说表t
的字符集是utf8
,比较规则是utf8_general_ci
,修改列col
的语句是这么写的:
ALTER TABLE t MODIFY col VARCHAR(10);
那列col
的字符集和编码将使用表t
的字符集和比较规则,也就是utf8
和utf8_general_ci
。
```! 小贴士: 在转换列的字符集时需要注意,如果转换前列中存储的数据不能用转换后的字符集进行表示会发生错误。比方说原先列使用的字符集是utf8,列中存储了一些汉字,现在把列的字符集转换为ascii的话就会出错,因为ascii字符集并不能表示汉字字符。
##### 仅修改字符集或仅修改比较规则
由于字符集和比较规则是互相有联系的,如果我们只修改了字符集,比较规则也会跟着变化,如果只修改了比较规则,字符集也会跟着变化,具体规则如下:
- 只修改字符集,则比较规则将变为修改后的字符集默认的比较规则。
- 只修改比较规则,则字符集将变为修改后的比较规则对应的字符集。
<span style="color:red">不论哪个级别的字符集和比较规则,这两条规则都适用</span>,我们以服务器级别的字符集和比较规则为例来看一下详细过程:
- 只修改字符集,则比较规则将变为修改后的字符集默认的比较规则。
```
mysql> SET character_set_server = gb2312;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_server';
+----------------------+--------+
| Variable_name | Value |
+----------------------+--------+
| character_set_server | gb2312 |
+----------------------+--------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'collation_server';
+------------------+-------------------+
| Variable_name | Value |
+------------------+-------------------+
| collation_server | gb2312_chinese_ci |
+------------------+-------------------+
1 row in set (0.00 sec)
```
我们只修改了`character_set_server`的值为`gb2312`,`collation_server`的值自动变为了`gb2312_chinese_ci`。
- 只修改比较规则,则字符集将变为修改后的比较规则对应的字符集。
```
mysql> SET collation_server = utf8_general_ci;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_server';
+----------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+----------------------+-------+
| character_set_server | utf8 |
+----------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'collation_server';
+------------------+-----------------+
| Variable_name | Value |
+------------------+-----------------+
| collation_server | utf8_general_ci |
+------------------+-----------------+
1 row in set (0.00 sec)
mysql>
```
我们只修改了`collation_server`的值为`utf8_general_ci`,`character_set_server`的值自动变为了`utf8`。
### 客户端和服务器通信中的字符集
#### 编码和解码使用的字符集不一致的后果
说到底,字符串在计算机上的体现就是一个字节串,如果你使用不同字符集去解码这个字节串,最后得到的结果可能让你挠头。
我们知道字符`'我'`在`utf8`字符集编码下的字节串长这样:`0xE68891`,如果一个程序把这个字节串发送到另一个程序里,另一个程序用不同的字符集去解码这个字节串,假设使用的是`gbk`字符集来解释这串字节,解码过程就是这样的:
1. 首先看第一个字节`0xE6`,它的值大于`0x7F`(十进制:127),说明是两字节编码,继续读一字节后是`0xE688`,然后从`gbk`编码表中查找字节为`0xE688`对应的字符,发现是字符`'鎴'`
2. 继续读一个字节`0x91`,它的值也大于`0x7F`,再往后读一个字节发现木有了,所以这是半个字符。
3. 所以`0xE68891`被`gbk`字符集解释成一个字符`'鎴'`和半个字符。
假设用`iso-8859-1`,也就是`latin1`字符集去解释这串字节,解码过程如下:
1. 先读第一个字节`0xE6`,它对应的`latin1`字符为`æ`。
2. 再读第二个字节`0x88`,它对应的`latin1`字符为`ˆ`。
3. 再读第二个字节`0x91`,它对应的`latin1`字符为`‘`。
4. 所以整串字节`0xE68891`被`latin1`字符集解释后的字符串就是`'我'`
可见,<span style="color:red">如果对于同一个字符串编码和解码使用的字符集不一样,会产生意想不到的结果</span>,作为人类的我们看上去就像是产生了乱码一样。
#### 字符集转换的概念
如果接收`0xE68891`这个字节串的程序按照`utf8`字符集进行解码,然后又把它按照`gbk`字符集进行编码,最后编码后的字节串就是`0xCED2`,我们把这个过程称为`字符集的转换`,也就是字符串`'我'`从`utf8`字符集转换为`gbk`字符集。
#### MySQL中字符集的转换
从客户端发往服务器的请求本质上就是一个字符串,服务器向客户端返回的结果本质上也是一个字符串,而字符串其实是使用某种字符集编码的二进制数据。这个字符串可不是使用一种字符集的编码方式一条道走到黑的,从发送请求到返回结果这个过程中伴随着多次字符集的转换,在这个过程中会用到3个系统变量,我们先把它们写出来看一下:
|系统变量|描述|
|:--:|:--:|
|`character_set_client`|服务器解码请求时使用的字符集|
|`character_set_connection`|服务器处理请求时会把请求字符串从`character_set_client`转为`character_set_connection`|
|`character_set_results`|服务器向客户端返回数据时使用的字符集|
查看(不同操作系统的默认值可能不同):
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_client'; +----------------------+-------+ | Variable_name | Value | +----------------------+-------+ | character_set_client | utf8 | +----------------------+-------+ 1 row in set (0.00 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_connection'; +--------------------------+-------+ | Variable_name | Value | +--------------------------+-------+ | character_set_connection | utf8 | +--------------------------+-------+ 1 row in set (0.01 sec)
mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'character_set_results'; +-----------------------+-------+ | Variable_name | Value | +-----------------------+-------+ | character_set_results | utf8 | +-----------------------+-------+ 1 row in set (0.00 sec)
大家可以看到这几个系统变量的值都是`utf8`,为了体现出字符集在请求处理过程中的变化,我们这里特意修改一个系统变量的值:
```shell
mysql> set character_set_connection = gbk;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
所以现在系统变量character_set_client
和character_set_results
的值还是utf8
,而character_set_connection
的值为gbk
。现在假设我们客户端发送的请求是下边这个字符串:
SELECT * FROM t WHERE s = '我';
为了方便大家理解这个过程,我们只分析字符'我'
在这个过程中字符集的转换。
现在看一下在请求从发送到结果返回过程中字符集的变化:
-
客户端发送请求所使用的字符集
一般情况下客户端所使用的字符集和当前操作系统一致,不同操作系统使用的字符集可能不一样,如下:
- 类
Unix
系统使用的是utf8
Windows
使用的是gbk
例如我在使用的
macOS
操作系统时,客户端使用的就是utf8
字符集。所以字符'我'
在发送给服务器的请求中的字节形式就是:0xE68891
```! 小贴士:
如果你使用的是可视化工具,比如navicat之类的,这些工具可能会使用自定义的字符集来编码发送到服务器的字符串,而不采用操作系统默认的字符集(所以在学习的时候还是尽量用黑框框哈)。 ```
- 类
-
服务器接收到客户端发送来的请求其实是一串二进制的字节,它会认为这串字节采用的字符集是
character_set_client
,然后把这串字节转换为character_set_connection
字符集编码的字符。由于我的计算机上
character_set_client
的值是utf8
,首先会按照utf8
字符集对字节串0xE68891
进行解码,得到的字符串就是'我'
,然后按照character_set_connection
代表的字符集,也就是gbk
进行编码,得到的结果就是字节串0xCED2
。 -
因为表
t
的列col
采用的是gbk
字符集,与character_set_connection
一致,所以直接到列中找字节值为0xCED2
的记录,最后找到了一条记录。```! 小贴士:
如果某个列使用的字符集和character_set_connection代表的字符集不一致的话,还需要进行一次字符集转换。 ```
-
上一步骤找到的记录中的
col
列其实是一个字节串0xCED2
,col
列是采用gbk
进行编码的,所以首先会将这个字节串使用gbk
进行解码,得到字符串'我'
,然后再把这个字符串使用character_set_results
代表的字符集,也就是utf8
进行编码,得到了新的字节串:0xE68891
,然后发送给客户端。 -
由于客户端是用的字符集是
utf8
,所以可以顺利的将0xE68891
解释成字符我
,从而显示到我们的显示器上,所以我们人类也读懂了返回的结果。
总之,因为不同的字符集的存在,character_set_client/character_set_connection/character_set_results如果不同就需要转换,通常都把 character_set_client 、character_set_connection、character_set_results 这三个系统变量设置成和客户端使用的字符集一致的情况,这样减少了很多无谓的字符集转换。
SET character_set_client = 字符集名;
SET character_set_connection = 字符集名;
SET character_set_results = 字符集名;
想在启动客户端的时候就把character_set_client
、character_set_connection
、character_set_results
这三个系统变量的值设置成一样的,那我们可以在启动客户端的时候指定一个叫default-character-set
的启动选项,比如在配置文件里可以这么写:
[client]
default-character-set=utf8
它起到的效果和执行一遍SET NAMES utf8
是一样一样的,都会将那三个系统变量的值设置成utf8
。
比较规则的应用
比较规则
的作用通常体现比较字符串大小的表达式以及对某个字符串列进行排序中,所以有时候也称为排序规则
。
比方说表t
的列col
使用的字符集是gbk
,使用的比较规则是gbk_chinese_ci
,我们向里边插入几条记录:
mysql> INSERT INTO t(col) VALUES('a'), ('b'), ('A'), ('B');
Query OK, 4 rows affected (0.00 sec)
Records: 4 Duplicates: 0 Warnings: 0
mysql> SELECT * FROM t ORDER BY col;
+------+
| col |
+------+
| a |
| A |
| b |
| B |
| 我 |
+------+
5 rows in set (0.00 sec)
# 可以看到在默认的比较规则gbk_chinese_ci中是不区分大小写的,我们现在把列col的比较规则修改为gbk_bin:
mysql> SELECT * FROM t ORDER BY s;
+------+
| s |
+------+
| A |
| B |
| a |
| b |
| 我 |
+------+
5 rows in set (0.00 sec)
如果以后在对字符串做比较或者对某个字符串列做排序操作时没有得到想象中的结果,需要思考一下是不是比较规则的问题