一条SQL是如何执行的？

昀息
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一条SQL语句如何执行的？

SQL语句有查询、更新。所以从查询语句和更新语句说起，二者的执行流程有所区别。 本文内容如下：

SQL执行.png

SQL语句执行流程

  1. 客户端发送查询请求：
    • 用户通过客户端发送查询请求到数据库服务器。
  1. 连接器处理请求：
    • 连接器管理连接，并进行权限验证。
  1. 查询缓存检查：
    • 如果查询缓存命中，则直接返回缓存中的结果。
    • 如果未命中，则继续后续处理。
  1. 分析器解析查询：
    • 对查询语句进行词法和语法分析，确保其正确性。
  1. 优化器生成执行计划：
    • 选择最优的查询执行路径和索引。
  1. 执行器执行查询：
    • 根据执行计划操作存储引擎，获取数据并返回结果。
  1. 存储引擎处理数据：
    • 存储引擎负责数据的存储和管理，并提供读写接口。

MySQL组成结构

Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能，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。

而存储引擎层负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。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。

连接器

首先是连接器

通过连接器连接数据库。命令是

mysql -hip−Pip -Pport -u$user -p

连接命令中的 mysql 是客户端工具，用来跟服务端建立连接。在完成经典的 TCP 握手后，连接器就要开始认证你的身份，这个时候用的就是你输入的用户名和密码。

  • 如果用户名或密码不对，你就会收到一个"Access denied for user"的错误，然后客户端程序结束执行。
  • 如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。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。

连接完成后，如果你没有后续的动作，这个连接就处于空闲状态，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。

如果在连接被断开之后，客户端再次发送请求的话，就会收到一个错误提醒： Lost connection to MySQL server during query。这时候如果你要继续，就需要重连，然后再执行请求了。

长连接、短连接

数据库里面，长连接是指连接成功后，如果客户端持续有请求，则一直使用同一个连接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接，下次查询再重新建立一个。

问：当全部使用长连接后，有些时候 MySQL 占用内存涨得特别快，这是为什么呢？

答：MySQL 在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。这些资源会在连接断开的时候才释放。所以如果长连接累积下来，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。

可以通过定期断开长连接。如果是MySQL 5.7 或更新版本，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。

查询缓存

连接建立完成后，你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步：查询缓存。

MySQL 拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。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。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key，那么这个 value 就会被直接返回给客户端。

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。你可以看到，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。

问：查询缓存有什么弊端呢？可以大量使用吗？

查询缓存的失效非常频繁，只要有对一个表的更新，这个表上所有的查询缓存都会被清空。因此很可能你费劲地把结果存起来，还没使用呢，就被一个更新全清空了。对于更新压力大的数据库来说，查询缓存的命中率会非常低。除非你的业务就是有一张静态表，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。

查询缓存如何开关呢？

MySQL 也提供了这种“按需使用”的方式。你可以将参数 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。而对于你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=xx；

查询缓存版本变动

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。

分析器

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。首先，MySQL 需要知道你要做什么，因此需要对 SQL 语句做解析。

分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句，MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么，代表什么。

MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来，这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”，把字符串“ID”识别成“列 ID”。

做完了这些识别以后，就要做“语法分析”。根据词法分析的结果，语法分析器会根据语法规则，判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

如果你的语句不对，就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒。

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。

优化器是在表里面有多个索引的时候，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。

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。

执行器

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

开始执行的时候，要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误

如果有权限，就打开表继续执行。打开表的时候，执行器就会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。

sql查询语句如何执行？

  1. 客户端发送查询请求：
    • 用户通过客户端发送查询请求到数据库服务器。
  1. 连接器处理请求：
    • 连接器管理连接，并进行权限验证。
  1. 查询缓存检查：
    • 如果查询缓存命中，则直接返回缓存中的结果。
    • 如果未命中，则继续后续处理。
  1. 分析器解析查询：
    • 对查询语句进行词法和语法分析，确保其正确性。
  1. 优化器生成执行计划：
    • 选择最优的查询执行路径和索引。
  1. 执行器执行查询：
    • 根据执行计划操作存储引擎，获取数据并返回结果。
  1. 存储引擎处理数据：
    • 存储引擎负责数据的存储和管理，并提供读写接口。

以上就理清了查询语句的执行过程。但是更新语句执行流程相比有些区别，涉及到了日志的修改。那首先介绍下日志。

日志

日志有哪些种类？

日志有两种，分别是redo log和binlog。 redo log 是 InnoDB 引擎特有的日志 Server 层也有自己的日志，称为 binlog（归档日志）。

二者的区别是什么呢？

  1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的，所有引擎都可以使用。
  2. redo log 是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”；binlog 是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如“给 ID=2 这一行的 c 字段加 1 ”。
  3. redo log 是循环写的，空间固定会用完；binlog 是可以追加写入的。“追加写”是指 binlog 文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志。

为什么会有这两个日志？

早期 MySQL 里没有 InnoDB 引擎。MySQL 自带的引擎 MyISAM 没有 crash-safe 的能力，binlog 日志只能用于归档。而 InnoDB 是另一个公司以插件形式引入 MySQL 的，只依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的，因此 InnoDB 使用另外一套日志系统——也就是 redo log 来实现 crash-safe 能力。

crash-safe 是什么？

AI给出的答案是：

Crash-safe（崩溃安全）是指一个系统或其部分组件在遭遇意外情况如断电、硬件故障或软件崩溃后，能够保证数据的完整性和一致性，并能从这种非正常终止状态中恢复到最近的一致状态。对于数据库系统而言，crash-safe特性确保即使在突然断电或者系统崩溃的情况下，正在进行中的事务不会破坏数据库的整体完整性。

这时我们可以引出SQL更新语句的执行过程了。

sql更新语句如何执行？

  1. 客户端发送查询请求：
    • 用户通过客户端发送查询请求到数据库服务器。
  1. 连接器处理请求：
    • 连接器管理连接，并进行权限验证。
  1. 查询缓存检查：

在一个表上有更新的时候，跟这个表有关的查询缓存会失效，所以这条语句就会把表 T 上所有缓存结果都清空

  1. 分析器解析查询：
    • 对更新语句进行词法和语法分析，确保其正确性。
  1. 优化器生成执行计划：
    • 选择最优的更新执行路径和索引。
  1. 执行器执行查询：
    • 根据执行计划操作存储引擎，更新数据并返回结果。 详细过程如下：
  1. 执行器先找引擎取 符合条件的这一行。这一行所在的数据页本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回。
  2. 执行器拿到引擎给的行数据，把这个值加上 1，比如原来是 N，现在就是 N+1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。
  3. 引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到 redo log 里面，此时 redo log 处于 prepare 状态。然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务。
  4. 执行器生成这个操作的 binlog，并把 binlog 写入磁盘。
  5. 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的 redo log 改成提交（commit）状态，更新完成。
  1. 存储引擎处理数据：
    • 存储引擎负责数据的存储和管理，并提供读写接口。
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