MySQL数据库基础（二）——MySQL字符集与乱码解析

一、字符集与编码

1、字符集简介

字符(Character)是各种文字和符号的总称，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。
字符集(Character set)是多个字符的集合，字符集种类较多，每个字符集包含的字符个数不同，常见字符集名称：ASCII字符集、GB2312字符集、BIG5字符集、 GB18030字符集、Unicode字符集等。计算机要准确的处理各种字符集文字，需要进行字符编码，以便计算机能够识别和存储各种文字。
字符编码（Character encoding）是把字符集中的某个字符编码为指定字符集中字符，以便文本在计算机中存储和通过通信网络的传递。常见的例子包括将拉丁字母表编码成ASCII，ASCII将字母、数字和其它符号编号，并用7比特的二进制来表示。
字符序(collation)是指同一个字符集内字符之间的比较规则。只有确定字符序后，才能在一个字符集上定义什么是等价的字符，以及字符之间的大小关系。一个字符可以包含多种字符序。MySQL字符序命名规则是：以字符序对应的字符集名称开头，以国家名居中(或以general居中)，以ci、cs、或bin结尾。以ci结尾的字符序表示大小写不敏感，以cs结尾的字符序表示大小写敏感，以bin结尾的字符序表示按二进制编码值比较。

2、ASCII编码

ASCII既是编码字符集，又是字符编码，ASCII直接将字符在编码字符集中的序号作为字符在计算机中存储从数值。
例如：在ASCII中A字符在表中排第65位，序号是65，而编码后A的数值是0100 0001，即十进制的65的二进制转换结果。

3、Latin1字符集

Latin1字符集在ASCII字符集基础上进行了扩展，仍然使用一个字节表示字符，但启用了高位，扩展了字符集的表示范围。

4、UTF-8编码

UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，又称万国码。由Ken Thompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC 3629。UTF-8用1到6个字节编码Unicode字符。
UTF-8是一种变长字节编码方式。对于某一个字符的UTF-8编码，如果只有一个字节则其最高二进制位为0；如果是多字节，其第一个字节从最高位开始，连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的位数，其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。 如表：
1字节 0xxxxxxx
2字节 110xxxxx 10xxxxxx
3字节 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
4字节 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
5字节 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
6字节 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
因此UTF-8中可以用来表示字符编码的实际位数最多有31位，即上表中x所表示的位。除去控制位（每字节开头的10等），x表示的位与UNICODE编码是一一对应的，位高低顺序也相同。
实际将UNICODE转换为UTF-8编码时应先去除高位0，然后根据所剩编码的位数决定所需最小的UTF-8编码位数。 因此基本ASCII字符集中的字符（UNICODE兼容ASCII）只需要一个字节的UTF-8编码（7个二进制位）便可以表示。

5、字符集兼容性

查看任意字符的指定编码方式的编码：
select hex(convert('string' using code));
查看编码值在字符集中的字符：
select convert(0xABCDXXX using charsetname);
ASCII编码实例：
select hex(convert('hello' using ascii));
字符串“hello”的ASCII编码：0x68656C6C6F
Latin1编码实例：
select hex(convert('hello' using latin1));
字符串“hello”的Latin1编码：0x68656C6C6F
UTF-8编码实例：
select hex(convert('hello' using utf8));
字符串“hello”的UTF-8编码：0x68656C6C6F
GBK编码实例：
select hex(convert('hello' using gbk));
字符串“hello”的GBK编码：0x68656C6C6F
GB2312编码实例：
select hex(convert('hello' using gb2312));
字符串“hello”的GB2312编码：0x68656C6C6F
BIG5编码实例：
select hex(convert('hello' using big5));
字符串“hello”的BIG5编码：0x68656C6C6F
从以上实例可以看出，Latin1字符集兼容ASCII字符集；UTF-8、GBK、GB2312、BIG5字符集都兼容Latin1字符集。

中文“很屌”的UTF-8编码实例：
select hex(convert('很屌' using utf8));
“很屌”的UTF-8编码：0xE5BE88E5B18C
select CONVERT(0xE5BE88E5B18C USING utf8);
将“很屌”字符的UTF-8编码值0xE5BE88E5B18C转换为UTF-8中的字符
中文“很屌”的GBK编码实例：
select hex(convert('很屌' using gbk));
“很屌”的GBK编码：0xBADC8CC5
select CONVERT(0xBADC8CC5 USING gbk);
将“很屌”字符的GBK编码值0xBADC8CC5 转换为GBK中的字符
中文“很屌”的GB2312编码实例：
select hex(convert('很屌' using gb2312));
“很屌”的GB2312编码：0xBADC3F
select CONVERT(0xBADC3F USING gbk);
将“很屌”字符的GB2312编码值0xBADC3F转换为GBK中的字符，结果为“很？”，字符“屌”在GB2312字符集中不存在。
中文“很屌”的BIG5编码实例：
select hex(convert('很屌' using big5));
“很屌”的BIG5编码：0xABDCCE78
中文“很屌”的Latin1编码实例：
select hex(convert('很屌' using latin1));
“很屌”的Latin1编码：0x3F3F
中文“很屌”的ASCII编码实例：
select hex(convert('很屌' using ascii));
“很屌”的ASCII编码：0x3F3F
从以上实例可以看出，对于中文字符来说，UTF-8、GBK、GB2312、BIG5四种编码之间是互不兼容的，直接相互转换会导致乱码；当UTF-8、GBK、GB2312、BIG5四种编码转换为ASCII编码和Latin1编码格式时，每个中文字符会被转换为0x3F，即中文字符’？’。
GB2312支持简体中文，BIG5支持繁体中文，GBK支持简体中文及繁体中文，UTF-8支持几乎所有字符。
GBK是国家标准GB2312基础上扩容后兼容GB2312的标准。GB2312是GBK的子集，GBK是GB18030的子集。

二、MySQL字符集

1、MySQL环境变量

Session会话变量：
使用show variables like '%char%';可以查看Session会话的字符集变量：

set character_set_server=utf8;
set character_set_database=utf8;
使用SET可以设置不同字符集。但是使用SET设置的字符集都是Session会话级别的，如果新打开一个会话，新会话使用的是默认的字符集。
Global全局变量：
使用show global variables like '%char%';可以查看Global的字符集变量：

set global character_set_database=utf8;
set global character_set_server=utf8;
使用SET GLOBAL可以设置多个会话的字符集。
使用show charset;查看MySQL支持的字符集和对应字符集的字符序。
MySQL服务重启后，Global的值会被重置为默认值。永久修改Global的值的方法如下：
修改mysql配置文件/etc/my.cnf。
[mysqld]
character-set-server=utf8
[client]
default-character-set=utf8
[mysql]
default-character-set=utf8

2、MySQL字符集

MySQL服务器可以支持多种字符集，提供了不同级别的设置，包括server级、database级、table级、column级。
MySQL数据库的环境变量查看使用SQL语句show variables like '%char%';
character_set_client：客户端使用的字符集，当客户端向服务器发送请求时，请求以客户端字符集进行编码。
character_set_connection ：客户端/数据库建立的通信连接使用的字符集，MySQL服务器接收客户端的查询请求后，将其转换为character_set_connection变量指定的字符集。
character_set_database：数据库服务器中某个数据库的字符集，如果没有默认数据库字符集，使用 character_set_server指定的字符集。
character_set_results：数据库给客户端返回时的字符集，MySQL数据库把结果集和错误信息转换为character_set_results指定的字符集，并发送给客户端。
character_set_server：数据库服务器的字符集，内部操作字符集。
character_set_system：系统元数据（字段名等）使用的字符集
当客户端连接服务器的时候，客户端会将自己想要的字符集名称发给MySQL服务端，然后服务端就会使用字符集去设置character_set_connection、character_set_client、character_set_results。
创建数据库时如果不指定数据库的字符集，默认会使用character_set_server字符集。
创建表时如果不指定表的字符集，默认使用当前数据库字符集。
创建列时如果不指定字符集，默认使用当前表的字符集。

3、MySQL字符集的设置

A、MySQL服务器级字符集
修改MySQL服务器配置文件/etc/my.cnf文件。
[mysqld]
character_set_server=utf8
 重启MySQL数据库服务生效。
B、MySQL数据库级字符集：
创建数据库时指定：
CREATE DATABASE db_name
[[DEFAULT] CHARACTER SET charset_name]
[[DEFAULT] COLLATE collation_name]
修改已有的数据库的字符集：
ALTER DATABASE db_name
[[DEFAULT] CHARACTER SET charset_name]
[[DEFAULT] COLLATE collation_name]
ALTER修改只对修改后在数据库上的操作有效。
C、MySQL表级字符集：
创建表时指定：
CREATE TABLE tbl_name (column_list)
[[DEFAULT] CHARACTER SET charset_name]
[COLLATE collation_name]]
修改表的字符集：
ALTER TABLE tbl_name
[[DEFAULT] CHARACTER SET charset_name]
[COLLATE collation_name]
D、MySQL字段级字符集：
修改已有字段的字符集：
ALTER TABLE table_name MODIFY
column_name {CHAR | VARCHAR | TEXT} (column_length)
    [CHARACTER SET charset_name]
    [COLLATE collation_name]
MySQL客户端设置：set names utf8;等价于：
set character_set_client=utf8;
set character_set_connection=utf8;
set character_set_results=utf8;
E、客户端字符集
修改MySQL服务器配置文件/etc/my.cnf文件。
[client]
default-character-set=utf8
等价于set names utf8;
会影响会话中的变量character_set_client，character_set_connection 和character_set_results的值。
  修改后无需重启MySQL数据库服务即可生效。

4、MySQL字符集的转换过程

A、MySQL服务端收到请求时将请求数据从character_set_client字符集转换为character_set_connection字符集。
B、进行内部操作前将请求数据从character_set_connection字符集转换为内部操作字符集。确定步骤：
--使用每个数据字段的CHARACTER SET设定值；
--若上述值不存在，则使用对应数据表的DEFAULT CHARACTER SET设定值；
--若上述值不存在，则使用对应数据库的DEFAULT CHARACTER SET设定值；
--若上述值不存在，则使用character_set_server字符集设定值；
C、将操作结果从内部操作字符集转换为character_set_results字符集。
D、将character_set_results字符集的执行结果转换为character_set_client字符集，发送到客户端，客户端使用设置的字符集展示结果。

三、MySQL产生乱码的产生

1、MySQL乱码产生的原因

乱码产生的原因如下：
A、存入和取出时对应环节的编码不一致。
B、如果两个字符集之间无法进行无损编码转换，一定会出现乱码。

2、编码无损转换

如果一个使用编码A表示的字符X，转化为编码B的表示形式，而编码B的字符集中并没有X字符，则编码转换是有损的，否则编码转换就是无损的。
由于每个字符集所支持的字符数量是有限的，并且各个字符集涵盖的字符之间存在差异。将UTF-8字符转换为GBK字符时，MySQL内部如果无法在GBK字符集找到一个UTF8字符集中的字符时，就会转换成一个错误标记（0x3F，问号）。
编码无损转换的条件：
A、被转换的字符是否同时在两个字符集中。
B、目标字符集是否能够对不支持字符，保留其原有表达形式。

参考博文：
http://cenalulu.github.io/