Mysql基础架构

MySQL的基本架构示意图，从中可以清楚的看到SQL语句在MySQL的各个功能模块的执行过程。大体来说，MySQL可以分为Server层和存储引擎层两部分。

Mysql逻辑架构图

• Server层
  Server层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等。涵盖MySQL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。
• 存储引擎层
  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、MylSAM、Memory等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是InnoDB，它从MySQL5.5.5版本开始成为了默认的存储引擎。

在执行creat table建表的时候，如果不指定引擎类型，默认使用的就是InnoDB。也可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎，比如在create table语句中使用engine=memory，来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不同，支持的功能也不同。

从图中也可以看出来，不同的存储引擎共用一个Server层，也就是从连接器到执行器的部分。

• 连接器
  连接器负责跟客户端建立连接，获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写：

#mysql -h#{IP} -u#{username} -P#{port} -p#{password}
mysql -hlocalhost -uroot -P3306 -pxxx

mysql命令是客户端工具，用来跟服务建立连接的。在完成经典的TCP握手后，连接器就要开始认证当前登陆用户的身份，用的就是当前输入的用户名和密码。

• 如果用户名或密码不对，就会收到Access denied for user的错误，客户端程序自动结束；
• 如果用户名认证通过，连接器会到权限表里查出当前用户拥有的权限。之后这个连接里面的权限判断逻辑，都依赖此时读到的权限。

这就意味着，一个用户建立连接成功后，即使管理员账号对这个用户的权限做出了修改，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，如果没有后续的动作，这个连接就处于空闲状态，可以使用show processlist命令中看到它。下图是执行 show processlist 的结果，其中的Command列显示为 “Sleep” 的这一行，表示现在的系统里有一个空闲的连接。

Mysql连接空闲

客户端如果太长时间没有动静，连接器就会自动将它断开。这个时间是由参数wait_timeout控制的，默认是8小时。
如果连接被断开后，客户端再次发生请求的话。就会收到一个错误提醒：Lost connection to MySQL server during query 。此时如果需要继续操作，就需要重连，然后再执行请求。

数据库里的长连接指的是，连接建立成功后，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。建立连接的过程是复杂的，建议平常使用长连接。

全部使用长连接后，可能会发现，有些时候MySQL占用内存涨的特别快，这是因为MySQL再执行过程中临时使用的内存是管理在连接池对象里面的，这些资源会在连接断开的时候才释放。所以如果长连接积累下来，可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉（OOM），从现象上来看就是MySQL异常重启了。针对于这个问题有两个解决方案：

• 定期断开长连接。使用一段时间，或者在程序里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。
• 如果使用的是MySQL 5.7或者更新的版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行mysql_reset_connection来重新初始化连接池资源。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。
• 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。之前执行过的语句以及其结果可能会以key-value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。如果当前的查询能够在这个缓存中找到key，那么这个value就会被直接返回给客户端。如果查询缓存命中，MySQL不需要执行后面复杂的操作，可以直接返回结果，这个效率会很高。如果查询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。
  大多数情况下建议不要使用查询缓存，因为查询缓存往往弊大于利。查询缓存的失效非常频繁，只要有对一个表更新这个表上所有的查询缓存都会被清空。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。除非业务有一张静态表，很长时间才会更新一次。
  MySQL也提供了按需使用的方式，可以将参数query_cache_type设置成DEMAND，这样默认的SQL语句都不使用查询缓存。对于确定要使用查询缓存的语句，可以用SQL_CACHE显示指定，向下面的语句一样：

mysql> select SQL_CACHE * from user where id=1;

需要注意，MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了，也就是说从MySQL 8.0 版本开始就没有查询缓存功能。

• 分析器
  如果没有命中查询缓存，就要开始执行语句了。MySQL需要识别出执行语句里面的字符串分别是什么，代表什么。MySQL从输入的select可以识别出这是一个查询语句。它需要将字符串 “user”识别成表名，需要将字符串“id”识别成列id。做完这些以后，就需要做语法分析。根据词法分析的结果，分析器会根据语法规则，判断输入的SQL是否满足MySQL语法。
  如果输入的语法不对，就会收到 You have an error in your SQL syntax的错误提醒，例如下面的语句，select少写了开头的s：

mysql> elect * from user where id=1;

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以需要关注紧接着 “use near” 的内容

• 优化器
  经过了分析器，MySQL知道用户要做什么了。在开始执行之前，还要先经过优化器的处理。优化器是在表里有很多个索引的时候，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。比如执行下面这样的语句，两个语句是执行两个表的join：

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

1. 既可以先从表t1里取出c=10的记录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。
2. 也可以先从表t2里取出d=20的记录id值，再根据id值关联到表t1，再判断t1里面c的的值是否等于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。

• 执行器
  MySQL通过分析器知道了用户要做什么，通过优化器知道了应该怎么做，于是就进入了执行器阶段，开始执行语句。
  开始执行的时候，要先判断一下当前用户对这个表T有没有查询权限，如果没有就会返回没有权限的错误，如下所示（在工程实现上，如果命中查询缓存，会在查询缓存返回结果的时候，做权限验证。查询也会在优化器之前调用precheck验证权限）

mysql> select * from T where ID=10;

ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'

如果有权限就打开表，继续执行。打开表的时候，执行器会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。
比如例子的表T中，ID字段没有索引，那么执行器的流程是这样的：

1. 调用InnoDB引擎接口取这个表的第一行，判断ID值是不是等于10，如果不是则跳过，如果是就将这行存在结果集中；
2. 调用引擎接口取下一行，重复判断相同的逻辑，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。第一次是取 “满足条件的第一行” 这个接口，后续循环取 “满足条件的下一行” 这个接口，这些接口都是在引擎中定义好的。
   数据库的慢查询日志中看到一个rows_examined的字段，表示这个语句执行过程中扫描了多少行。这个值就是在执行器每次调用引擎获取数据行累加的。执行器调用一次，在引擎内部扫描了多行，因此引擎扫描行数跟rows_examined并不是完全相同的