【MySQL实战45讲笔记】基础篇——MySQL 的基础架构

1. MySQL 的基础架构

我们由一个问题引入对MySQL 基础架构的学习：一条SQL查询语句是如何执行的？

mysql> select * from T where ID=10；

通过分析学习MySQL 的基础架构，看看里面有哪些“零件”来了解输入一条SQL查询语句后，MySQL内部是如何工作的。

下面给出的是 MySQL 的基本架构示意图：

大体来说，MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分。

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。
存储引擎层负责数据的存储和提取，存储引擎的架构模式是插件式的，建表的时候可以指定引擎类型，比如InnoDB、MyISAM、Memory等等。从 MySQL 5.5.5 版本开始默认存储引擎是InnoDB。

从图中可以看出，不同的存储引擎共用一个 Server 层，server层是通过调用接口使用存储引擎存取数据的。

接下来结合开头提到的那条 SQL 语句，来走一遍整个执行流程，依次看下每个组件的作用。

1.1 连接器

首先我们的客户端要连接到数据库服务器上，我们输入连接命令（一般是 mysql -h$ip -P$port -u$user -p。），由连接器负责跟我们客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。

关于建立连接：连接命令中的 mysql 是客户端工具（mysqld是服务端工具），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。TCP是传输层协议，在应用层MySQL使用自己的自定义协议，通常被称为 MySQL 协议或 MySQL 客户端/服务器协议。这是一个特定于 MySQL 的协议，用于在客户端（如 mysql 命令行工具）和服务器（mysqld 进程）之间传输数据和命令
- 关于mysql -u root -p：如果服务器和客户端都在同一台Linux机器上，而且客户端连接没有输入指定的ip和端口的话是有默认的套接字协议的，文件名是mysql.sock 默认是会用的是本机的UNIX域套接字进行通信。客户端也是默认连接到这个套接字文件上的。然后默认端口是3306
关于权限读取：如果上一步的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，注意是读取权限表并不是校验，之后的每个连接里面的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。权限在此时被读取出来放在内存中，如果后面对这个权限进行了修改，并不会影响已经存在连接的权限，会在新建立的连接中读取新的权限设置。可以通过在MySQL客户端中使用 SHOW PRIVILEGES命令获取权限信息。或者查看特定用户的权限：SHOW GRANTS FOR 'username'@'host';
关于维持和管理连接：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，你可以在 show processlist 命令中看到它。文本中这个图是 show processlist 的结果，其中的 Command 列显示为“Sleep”的这一行，就表示现在系统里面有一个空闲连接。

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。

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。短连接的一个很大的缺点是建立连接耗时耗资源，长连接的一个缺点是一个连接经过大量的sql操作后，会占用大量的内存，如果不及时断开，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。解决长连接的这个问题有两个方案：
- 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。
- 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。mysql_reset_connection是mysql为各个编程语言提供的api，不是sql语句。

1.2 查询缓存

连接建立完成后，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。

不过MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了，因为查询缓存往往弊大于利。原因之一是每当表有更新的时候，会清空该表的缓存数据，因此对于频繁更新的表，缓存很难命中。关于MySQL 8.0 去除查询缓存功能的官方文档：https://dev.mysql.com/blog-archive/mysql-8-0-retiring-support-for-the-query-cache/

1.3 分析器

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。MySQL需要知道你输入的一串字符的意思，明确你要做什么操作，因此要先做“词法分析”和“语法分析”。词法分析识别出里面的字符串分别是什么，代表什么。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。

1.4 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。

1.5 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，而precheck是无法对运行时涉及到的表进行权限验证的，比如使用了触发器的情况。因此在执行器这里也要做一次执行时的权限验证)。

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。

比如我们这个例子中的表 T 中，ID 字段没有索引，那么执行器的执行流程是这样的：