MySQL笔记1：MySQL整体架构

蛋不炒饭
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MySQL整体架构

MySQL的整体架构如下图所示：

空白文档.png

整体上MySQL可以分为客户端、Server层和存储引擎层三大部分。

MySQL采用传统的客户端/服务端模式。管理MySQL时我们一般通过客户端工具登陆到MySQL服务端，而服务程序中一般使用MySQL客户端库连接到MySQL服务端。MySQL有一套客户端/服务器协议。

Server层涵盖MySQL的大多数核心服务功能，包括查询的解析、优化和执行，以及所有的内置函数（如日期、时间、数学和加密函数等）、所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图等。

存储引擎层负责数据的存储和查询。存储引擎是插件式的，支持InnoDB、MyISAM、Memory等多种存储引擎，不同的存储引擎共用一个Server层。Server层通过存储引擎API与存储引擎进行交互，这些API屏蔽了不同存储引擎之间的差异。现在最常用的存储引擎是InnoDB，它从MySQL 5.5.5版本开始成为了默认存储引擎。

1.  连接器

当客户端通过TCP连接到服务端时，由连接器管理连接，并认证客户端的身份，获取登录用户的权限。

若客户端身份认证失败，那么将返回相关错误信息给客户端并关闭连接。信息如下：

ERROR 1045 (28000): Access denied for user 'root'@'localhost' (using password: YES)

若客户端身份认证成功则会查询登录用户拥有的权限，之后，这个连接里面的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。这就意味着，一个用户成功建立连接后，即使用管理员账号对这个用户的权限做了修改，也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后，只有再新建的连接才会使用新的权限设置。

连接完成后，如这个连接没有后续动作那么这个连接就处于空闲状态，show processlist命令中看到它，如下第二个Command为Sleep的链接：

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客户端如果太长时间没动静，连接器就会自动将它断开。这个时间是由参数wait_timeout控制的，默认值是8小时。

3_AgAABe_bA0ULQKisFIJFILh1rgE4ogaJ.png

MySQL在执行过程中临时使用到内存是管理在连接对象中的。这些资源在连接断开的时候才会被释放。如果全部使用长连接的话，接累积下来可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉（OOM），从现象看就是MySQL异常重启了。可以考虑以下两种方案解决方案：

  1. 定期断开长连接。使用一段时间，或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后，断开连接，之后要查询再重连。
  2. 如果的是MySQL 5.7及以后的版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行 mysql_reset_connection来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证，但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

2.  查询缓存

连接建立完成后，就可以执行语句了。

MySQL在收到一个查询语句时，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句，若是则直接返回给客户端。如果语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行阶段。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。

之前执行过的语句及其结果可能会以key-value对的形式被直接缓存在内存中。key是查询的语句，value是查询的结果。

如果查询命中缓存，MySQL不需要执行后面的复杂操作，就可以直接返回结果，这个效率会很高。但大多数情况下并不推荐启用查询缓存，因为查询缓存往往弊大于利。

因为表中任何一个变化都会导致这个表上所有的查询缓存都会被清空，这些变化不仅包括表结构的变化，还包括表中的数据的增删改的变化。

除非的业务中就是有一张静态表，很长时间才会更新一次。比如，一个系统配置表，那这张表上的查询才适合使用查询缓存。

也可以‘按需使用’查询缓存，通过将query_cache_type设置成DEMAND，这样对于默认的SQL语句都不使用查询缓存。而对于确定要使用查询缓存的语句，可以用SQL_CACHE显式指定，如下：

mysql> select SQL_CACHE * from T where ID=10；

需要注意的是，MySQL 8.0版本直接将查询缓存的整块功能删掉了，也就是说8.0开始彻底没有这个功能了。

3.  分析器

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。执行时首先需要知道执行的SQL需要做什么。分析器通过词法分析，识别出SQL需要做什么以及里面的字符串分别是什么，代表什么操作。做完词法分析后，再通过语法分析，解析SQL是否符合对应的操作的语法。

如果语句不对那么将返回对应的错误信息，如下：

mysql> elect * from t where ID=1;
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'elect * from t where ID=1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以你要关注的是紧接“use near”的内容。

4.  优化器

经过了分析器，MySQL就知道你要做什么了。在开始执行之前，还要先经过优化器的处理。

优化器有多种优化策略，例如有多个索引的时候，决定使用哪个索引；或者在一个语句有多表关联（join）的时候，决定各个表的连接顺序。比如下面这样执行两个表的join：

mysql> select * from t1 join t2 using(ID)  where t1.c=10 and t2.d=20;

  • 既可以先从表t1里面取出c=10的记录的ID值，再根据ID值关联到表t2，再判断t2里面d的值是否等于20。

  • 也可以先从表t2里面取出d=20的记录的ID值，再根据ID值关联到t1，再判断t1里面c的值是否等于10。

这两种执行方法的逻辑结果是一样的，但是执行的效率会有不同，而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。

优化器虽然是在Server层，但会向存储引擎询问它的一些功能、某个具体操作的成本，以及表数据的统计信息，来辅助SQL的执行优化。

优化器阶段完成后，这个语句的执行方案就确定下来了，然后进入执行器阶段。

5.  执行器

MySQL通过分析器知道了要做什么，通过优化器知道了该怎么做，于是就进入了执行器，开始执行语句。

执行时打开表的时候会判断表的存储引擎，执行器根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。例如执行以下查询：

select * from T where ID=10;

若表T中ID字段没有索引，那么执行器的执行流程是这样的：

  1. 调用InnoDB引擎接口取这个表的第一行，判断ID值是不是10，如果不是则跳过，如果是则将这行存在结果集中；
  2. 调用引擎接口取“下一行”，重复相同的判断逻辑，直到取到这个表的最后一行。
  3. 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。

对于有索引的表，执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接口，之后循环取“满足条件的下一行”这个接口，这些接口都是引擎中已经定义好的。

参考资料：

● 《高性能MySQL 第四版》，第一章：MySQL整体架构

● 极客时间《MySQL 实战 45 讲》第一讲，基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的？（time.geekbang.org/column/intr…

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