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案例
当你试着通过Rails在以
utf8
编码的MariaDB中保存一个UTF-8
字符串,出现了一个离奇的错误:你用的是
UTF-8
编码的客户端,服务器也是UTF-8
编码的,数据库也是,就连要保存的这个字符串“😃 <…”也是合法的UTF-8
。那为什么会出现这样的乱码问题呢?
原因
其实问题的症结在于,MySQL的
utf8
实际上不是真正的UTF-8
。utf8
只支持每个字符最多三个字节,而真正的UTF-8
是每个字符最多四个字节。MySQL一直没有修复这个bug,他们在2010年发布了一个叫作
utf8mb4
的字符集,绕过了这个问题。当然,他们并没有对这个新的字符集广而告之(可能是因为这个bug让他们觉得很尴尬),以致于现在网络上仍然在建议开发者使用
utf8
,但这些建议都是错误的。简单概括如下:
- MySQL的
utf8mb4
是真正的“UTF-8
”。
- MySQL的
utf8
是一种“专属的编码”,它能够编码的Unicode字符并不多。
- 总结:所有在使用
utf8
的MySQL和MariaDB用户都应该改用utf8mb4
,不要再使用utf8
。
编码 及 UTF-8
我们都知道,计算机使用0和1来存储文本。
- 比如字符“C”被存成“01000011”,那么计算机在显示这个字符时需要经过两个步骤:
- 计算机读取“01000011”,得到数字67,因为67被编码成“01000011”。
- 计算机在Unicode字符集中查找67,找到了“C”。
- 同样的,反过来:
- 我的电脑将“C”映射成Unicode字符集中的67。
- 我的电脑将67编码成“01000011”,并发送给Web服务器。
几乎所有的网络应用都使用了Unicode字符集,因为没有理由使用其他字符集。
Unicode字符集包含了上百万个字符。最简单的编码是
UTF-32
,每个字符使用32位。这样做最简单,因为一直以来,计算机将32位视为数字,而计算机最在行的就是处理数字。但问题是,这样太浪费空间了。UTF-8
可以节省空间,在UTF-8
中,字符“C”只需要8位,一些不常用的字符,比如“”需要32位。其他的字符可能使用16位或24位。一篇类似本文这样的文章,如果使用UTF-8
编码,占用的空间只有UTF-32
的四分之一左右。MySQL的
utf8
字符集与其他程序不兼容。目前为止,MySQL关于
utf8mb4
和utf8
的区别只在于 emoji表情包上。- 表情包占4字节,而MySQL的
utf8
只可以存储1-3个字节内容,后续推广的utf8mb4
是1-4字节。 - 因为在emoji表情包推广之前,MySQL以为3个字节够用,为了节省空间、并提升查询速度,所以使用了3字节,导致后续存储4字节内容时候出现错误
- 直接将utf8改为4个字节,涉及到MySQL底层存储逻辑,并且现有使用
utf8
的数据库无法在线升级,不如就直接出个新的utf8mb4
更便捷。
MySQL中 UTF-8 简史
为什么MySQL开发者会让
utf8
失效?我们或许可以从提交日志中寻找答案。- MySQL从4.1版本开始支持
UTF-8
,也就是2003年,而今天使用的UTF-8
标准(RFC 3629)是随后才出现的。
- 旧版的
UTF-8
标准(RFC 2279)最多支持每个字符6个字节。2002年3月28日,MySQL开发者在第一个MySQL 4.1预览版中使用了RFC 2279。同年9月,他们对MySQL源代码进行了一次调整:“UTF8现在最多只支持3个字节的序列”。 - 是谁提交了这些代码?他为什么要这样做?这个问题不得而知。
- 在迁移到Git后(MySQL最开始使用的是BitKeeper),MySQL代码库中的很多提交者的名字都丢失了。2003年9月的邮件列表中也找不到可以解释这一变更的线索。
- 2002年,MySQL做出了一个决定:如果用户可以保证数据表的每一行都使用相同的字节数,那么MySQL就可以在性能方面来一个大提升。
- 为此,用户需要将文本列定义为“CHAR”,每个“CHAR”列总是拥有相同数量的字符。如果插入的字符少于定义的数量,MySQL就会在后面填充空格,如果插入的字符超过了定义的数量,后面超出部分会被截断。
- MySQL开发者在最开始尝试
UTF-8
时使用了每个字符6个字节,CHAR(1)使用6个字节,CHAR(2)使用12个字节,并以此类推。 - 应该说,他们最初的行为才是正确的,可惜这一版本一直没有发布。但是文档上却这么写了,而且广为流传,所有了解
UTF-8
的人都认同文档里写的东西。
不过很显然,MySQL开发者或厂商担心会有用户做这两件事:
- 使用CHAR定义列(在现在看来,CHAR已经是老古董了,但在那时,在MySQL中使用CHAR会更快,不过从2005年以后就不是这样子了)。
- 将CHAR列的编码设置为
utf8
。
我的猜测是MySQL开发者本来想帮助那些希望在空间和速度上双赢的用户,但他们搞砸了
utf8
编码。所以结果就是没有赢家。- 那些希望在空间和速度上双赢的用户,当他们在使用“utf8”的CHAR列时,实际上使用的空间比预期的更大,速度也比预期的慢
- 想要正确性的用户,当他们使用“utf8”编码时,却无法保存像“”这样的字符。
在这个不合法的字符集发布了之后,MySQL就无法修复它,因为这样需要要求所有用户重新构建他们的数据库。
最终,MySQL在2010年重新发布了
utf8mb4
来支持真正的UTF-8
。总结
网络上几乎所有的文章都把
utf8
当成是真正的UTF-8
,一旦这样做后发现数据库出现问题,可能需要花很多时间才能找到原因。utf8
只能算是个专有的字符集,它给我们带来了新问题,却一直没有得到解决。如果你在使用MySQL或MariaDB,不要用
utf8
编码,改用utf8mb4
。链接提供了一个指南,用于将现有数据库的字符编码从
utf8
转成utf8mb4
。- 作者:PH3C
- 链接:https://notion.966699.xyz//article/MySQL-utf8-utf8mb4
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议,转载请注明出处。
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