今天簡單聊聊 MySQL 的基礎(chǔ)架構(gòu)抱冷。我們經(jīng)常說，看一個(gè)事兒千萬不要直接陷入細(xì)節(jié)里梢褐，你應(yīng)該先看看總體旺遮，這樣能夠幫助你從高緯度理解問題。同樣盈咳，對于 MySQL 的學(xué)習(xí)也是這樣耿眉。平時(shí)我們使用數(shù)據(jù)庫，看到的通常都是一個(gè)整體鱼响。比如鸣剪，你有個(gè)最簡單的表，表里只有一個(gè) ID 字段丈积，在執(zhí)行下面這個(gè)查詢語句時(shí)：
SELECT * FROM A WHERE ID = '404';
我們看到的只是輸入一條語句筐骇，返回一個(gè)結(jié)果，卻不知道這條語句在 MySQL 內(nèi)部的執(zhí)行過程江滨。
所以今天我想和你一起把 MySQL 拆解一下铛纬，看看里面都有哪些“零件”，希望借由這個(gè)拆解過程唬滑，讓你對 MySQL 有更深入的理解告唆。這樣當(dāng)我們碰到 MySQL 的一些異彻妆祝或者問題時(shí)，就能夠直戳本質(zhì)擒悬，更為快速地定位并解決問題模她。
下面我給出的是 MySQL 的基本架構(gòu)示意圖，從中你可以清楚地看到 SQL 語句在 MySQL 的各個(gè)功能模塊中的執(zhí)行過程懂牧。
大體來說缝驳，MySQL 可以分為 Server 層和存儲(chǔ)引擎層兩部分。
Server層包括連接器归苍、查詢緩存用狱、分析器、優(yōu)化器拼弃、執(zhí)行器等,涵蓋 MySQL的大多數(shù)核心服務(wù)
能,以及所有的內(nèi)置函數(shù)(如日期夏伊、時(shí)間、數(shù)學(xué)和加密函數(shù)等),所有跨存儲(chǔ)引擎的功能都在
這一層實(shí)現(xiàn),比如存儲(chǔ)過程吻氧、觸發(fā)器溺忧、視圖等。
而存儲(chǔ)引擎層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取盯孙。其架構(gòu)模式是插件式的,支持 InnoDB鲁森、 MyISAM、
Memory等多個(gè)存儲(chǔ)引擎≌穸瑁現(xiàn)在最常用的存儲(chǔ)引擎是IoDB,它從 MySQL5.5.5版本開始成
為了默認(rèn)存儲(chǔ)引擎歌溉。
也就是說,你執(zhí)行 create table建表的時(shí)候,如果不指定引孳類型,默認(rèn)使用的就是 InnoDB。
不過,你也可以通過指定存儲(chǔ)引擎的類型來選擇別的引擎,比如在 create table語句中使用
engine= memory,來指定使用內(nèi)存引擎創(chuàng)建表骑晶。不同存儲(chǔ)引擎的表數(shù)據(jù)存取方式不同,支持的
功能也不同,在后面的文章中,我們會(huì)討論到引擎的選擇
從圖中不難看出,不同的存儲(chǔ)引擎共用—個(gè) Server層,也就是從連接器到執(zhí)行器的部分痛垛。你可以
先對每個(gè)組件的名字有個(gè)印象,接下來我會(huì)結(jié)合開頭提到的那條SQL語句,帶你走一遍整個(gè)執(zhí)行
流程,依次看下每個(gè)組件的作用
連接器第一步，你會(huì)先連接到這個(gè)數(shù)據(jù)庫上桶蛔，這時(shí)候接待你的就是連接匙头、獲取權(quán)限、維持和管理連接仔雷。命令一般是這么寫的:
mysql -h$ip -P$port -u$user -p
輸完命令之后蹂析，你就需要在交互對話里面輸入密碼。雖然密碼也可以直接跟在 -p 后面寫在命令行中碟婆，但這樣可能會(huì)導(dǎo)致你的密碼泄露电抚。如果你連的是生產(chǎn)服務(wù)器，強(qiáng)烈建議你不要這么做脑融。
連接命令中的 mysql 是客戶端工具喻频，用來跟服務(wù)端建立連接。在完成經(jīng)典的 TCP 握手后肘迎，連接器就要開始認(rèn)證你的身份甥温，這個(gè)時(shí)候用的就是你輸入的用戶名和密碼锻煌。
- 如果用戶名或密碼不對，你就會(huì)收到一個(gè)"Access denied for user"的錯(cuò)誤姻蚓，然后客戶端程序結(jié)束執(zhí)行宋梧。
- 如果用戶名密碼認(rèn)證通過，連接器會(huì)到權(quán)限表里面查出你擁有的權(quán)限狰挡。之后捂龄，這個(gè)連接里面的權(quán)限判斷邏輯，都將依賴于此時(shí)讀到的權(quán)限加叁。
這就意味著倦沧，一個(gè)用戶成功建立連接后，即使你用管理員賬號對這個(gè)用戶的權(quán)限做了修改它匕，也不會(huì)影響已經(jīng)存在連接的權(quán)限展融。修改完成后，只有再新建的連接才會(huì)使用新的權(quán)限設(shè)置豫柬。
連接完成后告希，如果你沒有后續(xù)的動(dòng)作，這個(gè)連接就處于空閑狀態(tài)烧给，你可以在 show processlist 命令中看到它燕偶。文本中這個(gè)圖是 show processlist 的結(jié)果，其中的 Command 列顯示為“Sleep”的這一行础嫡，就表示現(xiàn)在系統(tǒng)里面有一個(gè)空閑連接指么。
客戶端如果太長時(shí)間沒動(dòng)靜，連接器就會(huì)自動(dòng)將它斷開驰吓。這個(gè)時(shí)間是由參數(shù) wait_timeout 控制的涧尿，默認(rèn)值是 8 小時(shí)。
如果在連接被斷開之后檬贰，客戶端再次發(fā)送請求的話，就會(huì)收到一個(gè)錯(cuò)誤提醒： Lost connection to MySQL server during query缺亮。這時(shí)候如果你要繼續(xù)翁涤，就需要重連，然后再執(zhí)行請求了萌踱。
數(shù)據(jù)庫里面葵礼，長連接是指連接成功后，如果客戶端持續(xù)有請求并鸵，則一直使用同一個(gè)連接鸳粉。短連接則是指每次執(zhí)行完很少的幾次查詢就斷開連接，下次查詢再重新建立一個(gè)园担。
建立連接的過程通常是比較復(fù)雜的届谈，所以我建議你在使用中要盡量減少建立連接的動(dòng)作枯夜，也就是盡量使用長連接。
但是全部使用長連接后艰山，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)湖雹，有些時(shí)候 MySQL 占用內(nèi)存漲得特別快，這是因?yàn)?MySQL 在執(zhí)行過程中臨時(shí)使用的內(nèi)存是管理在連接對象里面的曙搬。這些資源會(huì)在連接斷開的時(shí)候才釋放摔吏。所以如果長連接累積下來，可能導(dǎo)致內(nèi)存占用太大纵装，被系統(tǒng)強(qiáng)行殺掉（OOM）征讲，從現(xiàn)象看就是 MySQL 異常重啟了。
怎么解決這個(gè)問題呢橡娄？你可以考慮以下兩種方案稳诚。
定期斷開長連接。使用一段時(shí)間瀑踢，或者程序里面判斷執(zhí)行過一個(gè)占用內(nèi)存的大查詢后扳还，斷開連接，之后要查詢再重連橱夭。
如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本氨距，可以在每次執(zhí)行一個(gè)比較大的操作后，通過執(zhí)行 mysql_reset_connection 來重新初始化連接資源棘劣。這個(gè)過程不需要重連和重新做權(quán)限驗(yàn)證俏让，但是會(huì)將連接恢復(fù)到剛剛創(chuàng)建完時(shí)的狀態(tài)。
查詢緩存
連接建立完成后茬暇，你就可以執(zhí)行 select 語句了首昔。執(zhí)行邏輯就會(huì)來到第二步：查詢緩存。
MySQL 拿到一個(gè)查詢請求后糙俗，會(huì)先到查詢緩存看看勒奇，之前是不是執(zhí)行過這條語句。之前執(zhí)行過的語句及其結(jié)果可能會(huì)以 key-value 對的形式巧骚，被直接緩存在內(nèi)存中赊颠。key 是查詢的語句，value 是查詢的結(jié)果劈彪。如果你的查詢能夠直接在這個(gè)緩存中找到 key竣蹦，那么這個(gè) value 就會(huì)被直接返回給客戶端。
如果語句不在查詢緩存中沧奴，就會(huì)繼續(xù)后面的執(zhí)行階段痘括。執(zhí)行完成后，執(zhí)行結(jié)果會(huì)被存入查詢緩存中滔吠。你可以看到纲菌，如果查詢命中緩存挠日，MySQL 不需要執(zhí)行后面的復(fù)雜操作，就可以直接返回結(jié)果驰后，這個(gè)效率會(huì)很高肆资。
但是大多數(shù)情況下我會(huì)建議你不要使用查詢緩存，為什么呢灶芝？因?yàn)椴樵兙彺嫱状笥诶?/strong>
查詢緩存的失效非常頻繁郑原，只要有對一個(gè)表的更新，這個(gè)表上所有的查詢緩存都會(huì)被清空夜涕。因此很可能你費(fèi)勁地把結(jié)果存起來犯犁，還沒使用呢，就被一個(gè)更新全清空了女器。對于更新壓力大的數(shù)據(jù)庫來說酸役，查詢緩存的命中率會(huì)非常低。除非你的業(yè)務(wù)就是有一張靜態(tài)表驾胆，很長時(shí)間才會(huì)更新一次涣澡。比如，一個(gè)系統(tǒng)配置表丧诺，那這張表上的查詢才適合使用查詢緩存入桂。
好在 MySQL 也提供了這種“按需使用”的方式。你可以將參數(shù) query_cache_type 設(shè)置成 DEMAND驳阎，這樣對于默認(rèn)的 SQL 語句都不使用查詢緩存抗愁。而對于你確定要使用查詢緩存的語句，可以用 SQL_CACHE 顯式指定呵晚，像下面這個(gè)語句一樣：
mysql> select SQL_CACHE * from T where ID = 10需要注意的是蜘腌，MySQL 8.0 版本直接將查詢緩存的整塊功能了。
分析器
如果沒有命中查詢緩存饵隙，就要開始真正執(zhí)行語句了撮珠。首先，MySQL 需要知道你要做什么癞季，因此需要對 SQL 語句做解析劫瞳。
分析器先會(huì)做“詞法分析”。你輸入的是由多個(gè)字符串和空格組成的一條 SQL 語句绷柒，MySQL 需要識(shí)別出里面的字符串分別是什么，代表什么涮因。
MySQL 從你輸入的"select"這個(gè)關(guān)鍵字識(shí)別出來废睦，這是一個(gè)查詢語句。它也要把字符串“T”識(shí)別成“表名 T”养泡，把字符串“ID”識(shí)別成“列 ID”嗜湃。
做完了這些識(shí)別以后奈应，就要做“語法分析”。根據(jù)詞法分析的結(jié)果购披，語法分析器會(huì)根據(jù)語法規(guī)則杖挣，判斷你輸入的這個(gè) SQL 語句是否滿足 MySQL 語法。
如果你的語句不對刚陡，就會(huì)收到“You have an error in your SQL syntax”的錯(cuò)誤提醒惩妇，比如下面這個(gè)語句 select 少打了開頭的字母“s”。
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
一般語法錯(cuò)誤會(huì)提示第一個(gè)出現(xiàn)錯(cuò)誤的位置筐乳，所以你要關(guān)注的是緊接“use near”的內(nèi)容歌殃。
優(yōu)化器
經(jīng)過了分析器，MySQL 就知道你要做什么了蝙云。在開始執(zhí)行之前氓皱，還要先經(jīng)過優(yōu)化器的處理。
優(yōu)化器是在表里面有多個(gè)索引的時(shí)候勃刨，決定使用哪個(gè)索引波材；或者在一個(gè)語句有多表關(guān)聯(lián)（join）的時(shí)候，決定各個(gè)表的連接順序身隐。比如你執(zhí)行下面這樣的語句廷区，這個(gè)語句是執(zhí)行兩個(gè)表的 join：
mysql> select * from t1 join t2 using(ID) where t1.c=10 and t2.d=20;這兩種執(zhí)行方法的邏輯結(jié)果是一樣的，但是執(zhí)行的效率會(huì)有不同水孩，而優(yōu)化器的作用就是決定選擇使用哪一個(gè)方案镰矿。
優(yōu)化器階段完成后，這個(gè)語句的執(zhí)行方案就確定下來了俘种，然后進(jìn)入執(zhí)行器階段秤标。如果你還有一些疑問，比如優(yōu)化器是怎么選擇索引的宙刘，有沒有可能選擇錯(cuò)等等苍姜，沒關(guān)系，我會(huì)在后面的文章中單獨(dú)展開說明優(yōu)化器的內(nèi)容悬包。
執(zhí)行器
MySQL 通過分析器知道了你要做什么衙猪，通過優(yōu)化器知道了該怎么做，于是就進(jìn)入了執(zhí)行器階段，開始執(zhí)行語句垫释。
開始執(zhí)行的時(shí)候丝格，要先判斷一下你對這個(gè)表 T 有沒有執(zhí)行查詢的權(quán)限，如果沒有棵譬，就會(huì)返回沒有權(quán)限的錯(cuò)誤显蝌，如下所示 (在工程實(shí)現(xiàn)上，如果命中查詢緩存订咸，會(huì)在查詢緩存返回結(jié)果的時(shí)候曼尊，做權(quán)限驗(yàn)證。查詢也會(huì)在優(yōu)化器之前調(diào)用 precheck 驗(yàn)證權(quán)限)算谈。
mysql> select * from T where ID=10;ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'
如果有權(quán)限涩禀，就打開表繼續(xù)執(zhí)行。打開表的時(shí)候然眼，執(zhí)行器就會(huì)根據(jù)表的引擎定義艾船，去使用這個(gè)引擎提供的接口。
比如我們這個(gè)例子中的表 T 中高每，ID 字段沒有索引屿岂，那么執(zhí)行器的執(zhí)行流程是這樣的：
調(diào)用 InnoDB 引擎接口取這個(gè)表的第一行，判斷 ID 值是不是 10鲸匿，如果不是則跳過爷怀，如果是則將這行存在結(jié)果集中；
調(diào)用引擎接口取“下一行”带欢，重復(fù)相同的判斷邏輯运授，直到取到這個(gè)表的最后一行。
執(zhí)行器將上述遍歷過程中所有滿足條件的行組成的記錄集作為結(jié)果集返回給客戶端乔煞。
至此吁朦，這個(gè)語句就執(zhí)行完成了。
對于有索引的表渡贾，執(zhí)行的邏輯也差不多逗宜。第一次調(diào)用的是“取滿足條件的第一行”這個(gè)接口，之后循環(huán)取“滿足條件的下一行”這個(gè)接口空骚，這些接口都是引擎中已經(jīng)定義好的纺讲。
你會(huì)在數(shù)據(jù)庫的慢查詢?nèi)罩局锌吹揭粋€(gè) rows_examined 的字段，表示這個(gè)語句執(zhí)行過程中掃描了多少行囤屹。這個(gè)值就是在執(zhí)行器每次調(diào)用引擎獲取數(shù)據(jù)行的時(shí)候累加的熬甚。
在有些場景下，執(zhí)行器調(diào)用一次肋坚，在引擎內(nèi)部則掃描了多行则涯，因此引擎掃描行數(shù)跟 rows_examined 并不是完全相同的复局。我們后面會(huì)專門有一篇文章來講存儲(chǔ)引擎的內(nèi)部機(jī)制冲簿，里面會(huì)有詳細(xì)的說明粟判。
小結(jié)
今天我給你介紹了 MySQL 的邏輯架構(gòu)，希望你對一個(gè) SQL 語句完整執(zhí)行流程的各個(gè)階段有了一個(gè)初步的印象峦剔。由于篇幅的限制档礁，我只是用一個(gè)查詢的例子將各個(gè)環(huán)節(jié)過了一遍。如果你還對每個(gè)環(huán)節(jié)的展開細(xì)節(jié)存有疑問吝沫，也不用擔(dān)心呻澜，后續(xù)在實(shí)戰(zhàn)章節(jié)中我還會(huì)再提到它們。
我給你留一個(gè)問題吧惨险，如果表 T 中沒有字段 k羹幸，而你執(zhí)行了這個(gè)語句 select * from T where k=1, 那肯定是會(huì)報(bào)“不存在這個(gè)列”的錯(cuò)誤： “Unknown column ‘k’ in ‘where clause’”。你覺得這個(gè)錯(cuò)誤是在我們上面提到的哪個(gè)階段報(bào)出來的呢辫愉？
感謝你的收聽栅受，歡迎你給我留言，也歡迎分享給更多的朋友一起閱讀恭朗。
