MySQL架构学习

---

前言：最近在准备面试，复习到MySQL相关的知识，于是做了个总结，希望能对小伙伴们有所帮助，同时也是对自己学习的一个反思总结。

1.MySQL的逻辑结构：

image.png

1.第一层：对客户端的连接处理、安全认证、授权等，每个客户端连接都会在服务端拥有一个线程，每个连接发起的查询都会在对应的单独线程中执行。

2.第二层：MySQL的核心服务功能层，包括查询解析、分析、查询缓存、内置函数、存储过程、触发器、视图等，select操作会先检查是否命中查询缓存，命中则直接返回缓存数据，否则解析查询并创建对应的解析树。

3.第三层：存储引擎，负责数据的存储和提取，MySQL服务器通过API与存储引擎通信，屏蔽了各种引擎之间的差异，常见的存储引擎有：InnoDB、MyISAM，两者的详细介绍以后会继续深入分析。

2.MySQL中的锁：

MySQL在处理并发读写的时候，分别使用共享锁（写锁）和排它锁（读锁）对共享资源高并发操作，在加锁的时候，最好能锁定所需数据，控制锁的粒度、提高并发能力，MySQL提供了两种重要的锁策略：

• 标记锁：锁定整张表，在对表进行插入更新删除操作时，需要先获得写锁，锁定整张表，其他读写操作都会被阻塞。读锁之间不会阻塞。

• 行级锁：锁定数据所在行，行级锁只在存储引擎层实现，可以很好支持并发处理。

3.MySQL的事务：

• 事务的实现原理：MySQL中的事务是在存储引擎中实现的，所以上层的服务是不会管理事务的。默认情况下，MySQL自身提供了两种事务型的存储引擎，分别是InnnoDB和NDB Cluster。
  在默认情况下，MySQL事务采用自动提交模式，即如果没有显示的开启一个事务，那么每一次的查询都将被当做一个事务执行自动提交。当然，也可以通过设置来改变这种自动提交的模式。如果想开启自动提交，可以通过命令SET AUTOCOMMIT = 1或SET AUTOCOMMIT =ON来设置；关闭自动提交模式，可以通过命令SET AUTOCOMMIT = 0或SET AUTOCOMMIT = OFF来设置。
  InnoDB存储引擎采用的是两阶段锁定协议，在事务执行的过程中，InnoDB会根据隔离级别在需要加锁的时候自定加锁，锁只有在事务提交或回滚的时候才会释放。当然，也可以显示的加锁，如使用SELECT FOR UPDATE，也可以使用服务层实现的LOCK TABLES和UNLOCK TABLES。

• 事务日志：即一种特殊的操作记录日志，存储引擎在修改表数据的时候，只修改内存中的拷贝，然后将修改行为记录保存到硬盘上的事务日志中，对事务日志的保存操作采用追加的方式，保存操作是顺序IO，相对于存储引擎直接将数据持久化到硬盘的随机IO高效的多。事务日志保存后，内存中被修改的数据在后台可以慢慢的持久化到硬盘。如果事务日志保存成功了，而内存中被修改的数据没有成功的写入硬盘，发生了系统崩溃，存储引擎会在重启时自动恢复这部分数据。

• 事务的特性：ACID

• 原子性：一个事务的所有操作要么全部执行要么全部失败回滚

• 一致性：事务执行结果使数据库从一个一致性状态变成另一个一致性状态

• 隔离性：事务操作提交之前，操作结果对其他事务不可见

• 持久性：事务提交后，所有的修改操作会永久保存到数据库中

• 事务的隔离级别：SQL标准定义了四种隔离级别，分别是read uncommitter，read committed，repeatable read，serializable，可以通过set transaction isolation level命令来设置隔离级别

  
  image.png

脏读：事务未提交的数据能被其他事务读到
不可重复读：一个事务前后两次读取某数据中间时刻，有事务修改了数据，导致两次读取的数据不一致
幻读：事务在读取某范围内数据，其他事务在范围内插入了新记录，导致事务内两次读取的数据会不一致

• 隔离级别的实现原理：

• 未提交读：读数据的时候不加锁，写数据的时候加行级别的共享锁，提交时释放锁。行级别的共享锁不会对读产生影响，但可以防止连个同时的写操作

• 已提交读：事务读取数据时（读到数据的时候）加行级共享锁锁，读完释放锁；事务写数据的时候（写操作发生瞬间），加行级独占锁，读完后立即释放锁。由于事务写操作加独占锁，因此事务写操作时，读操作也不能进行，因此不能读到事务的未提交数据，避免了脏读的问题，但由于读操作的锁加在读上面（锁的粒度较小），而不是事务之上，所以在同一事务的两次读操作之间可以插入其他事务的写操作，所以可能发生不可重复读的问题

• 可重复读：与已提交读不同的是，事务读取数据在读操作开始瞬间就加上了行级锁共享锁，而且在事务结束的时候才释放（锁的粒度与已提交锁不一样），锁加在事务上，解决了不可重读问题，事务写操作加独占锁，同上，但是由于加的是行级锁，所以会出现幻读问题

• 可串行化：在读操作时，加表级共享锁，事务结束时释放，写操作时，加表级独占锁，事务结束时释放。该隔离级别下可能会导致大量的超时和锁竞争问题。

4.MySQL中的死锁：

指多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方所占用的资源，从而导致的恶性循环条件，数据库系统为解决这个问题实现了死锁检测和死锁超时机制，在MySQL的InnoDB存储引擎中，解决死锁的方法是将持有最少行级排它锁的事务进行回滚。

5.多版本并发控制MVCC：

基于对并发性能的考虑，MySQL的大多数事务型存储引擎都实现了多版本并发控制，可以简单的认为MVCC是行级锁的一个变种，但是它在很多情况下避免了加锁操作，降低了开销。

InnoDB的MVCC是通过在每行记录后添加两个隐藏列来实现的，一个列用于保存行的创建时间，一个列用于保存行的过期时间，这两个时间在实际存储的时候，存储的是系统版本号。每开始一个新事务，系统版本号都将递增。需要注意的是MVCC只能在Read Committed和Repeatable Read隔离级别下正常工作。

6.MySQL存储引擎：

MySQL自身和第三方提供了多种存储引擎，每种存储引擎优势各不相同，可以根据实际业务需要来选择对应的存储引擎。

• InnoDB是MySQL的默认事务型存储引擎，主要用来处理大量的短期型事务。它采用MVCC来支持高并发，默认的事务隔离级别是Repeatable Read，并通过间隙锁策略防止幻读的出现。InnoDB表是基于聚簇索引建立的，而聚簇索引可以提高对主键查询的性能，但是它的二级索引(非主键索引)中必须包含主键，如果主键列很大，并且有很多个二级索引，那么这些索引将会占用很大的空间和资源，所以在创建主键的时候尽量的小。

• 在MySQL5.1及之前的版本中，MyISAM是默认的存储引擎，它提供了全文索引、压缩、空间函数等功能，但是它不支持事务和行级锁，并且崩溃后无法安全恢复，而InnoDB引擎是可以自动崩溃恢复的。MyISAM在并发的情况下，对整张表加锁，读操作会对需要读的所有表加共享锁，写入时对表加排它锁。

感谢阅读~