MySQL的基础架构

前言

临近春节，这段时间闲来无事又读了一些关于MySQL的文章和书籍，觉得受益良多。尤其是阿里巴巴丁奇的MySQL实战45讲，真的让我感觉到有质的提升。以前看书看博客都是优先看索引部分，优化部分。都是一些工作中常用的知识点。但现在我对MySQL的底层越来越好奇，所以从MySQL的基础架构开始学起，就有了这篇博客。

MySQL逻辑结构

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内置函数。

存储引擎层负责数据的存储和提取。它的架构模式是插件式，支持InnoDB、MyISAM、Memory等多个存储引擎。从MySQL5.5.5开始，MySQL的存储引擎默认是InnoDB。

MySQL的执行流程和组件作用

在执行这条查询语句的时候：

1	mysql> select * from T where id = 10;

我们只知道输入一条SQL，返回一个结果，却不知道这条语句在MySQL内部的执行过程。

接下来我会通过这条简单的查询语句，走一遍MySQL的执行流程，看一下每个组件的作用。

1、连接器

第一步，我们要先连接到这个数据库上，就先要面对连接器。连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接的作用。命令一般如下：

1	mysql> mysql -u root -p

输完以上命令，就要输入连接MySQL的密码。账号密码出错会受到一个“Access denied for user”的错误，需要重新连接。

mysql是客户端用来跟服务端建立连接的命令，在完成TCP握手后，连接器需要认证你的身份，这个时候就要输入账号和密码，完成连接。

连接完成后，如果没有后续的动作，这个连接就会处于空闲状态，一般太长时间没有动静，连接器会自动断开连接。这个时间由wait_timeout决定，默认时间为8个小时。

2、查询缓存

客户端和服务端建立连接后，可以执行select语句，这个时候来到了Server层的查询缓存。

MySQL在接到select请求之后，会先去查询缓存看看之前是不是执行过这条语句。之前执行过语句及其结果会以key-value存放在内存中。key是查询的语句，value是查询的结果。如果你的查询在查询缓存中找到key，则直接返回查询缓存的value给客户端。

如果查询语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行流程。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。但是在MySQL实战45讲中，作者建议我们不要使用查询缓存，为什么呢？因为查询缓存往往利大于弊。

查询缓存的失效非常频繁，只要对一张表进行更新操作，这个表的所有查询缓存都会被清空。因此你建立起来的查询缓存还没有使用就被清空了。对于更新压力大的数据库，查询缓存的命中率更低。

需要注意的是，从MySQL8.0开始，直接把整个查询缓存的功能删除掉，也就是说8.0开始没有查询缓存这个功能了。

3、分析器

如果没有命中缓存，就要开始执行查询语句。首先MySQL对你的查询语句进行解析。

分析器会先做“词法分析”。分析你的SQL，把查询语句的“T”识别成“表名T”，把“id”识别成“列id”。

做完以上识别之后，MySQL开始做“语法分析”。根据语法规则判断你输入的SQL是否满足MySQL的语法。

如果你的查询语句写错了，就会收到“You hava an error in you SQL syntax”的错误提醒。比如你的查询语句打少了一个“t”。

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mysql> selec * from T where id = 10;

> 1064 - 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 'selec * from T' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以你要关注”use near”后面的内容。

4、优化器

经过了分析器，MySQL就知道了你要干什么了。在开始执行之前，还需要经过优化器的处理。

优化器是在表中有多个索引的时候，决定使用哪个索引；或者在一个SQL中有多张表联合查询的时候，决定各个表的执行顺序。比如你执行下面的语句：

1	mysql> select * from T1 inner join T2 on T1.id=T2.id where T1.b=10 and T2.c=20;

即可以从表T1取出b=10的记录值id，再根据id关联T2表，再判断T2的c等于20的记录
又可以从表T2取出c=20的记录值id，再根据id关联T1表，再判断T1的b等于10的记录

这两个方法执行完的结果是一模一样的，但是执行效率会有所不同，而优化器的作用是决定选择使用哪一个方法。

MySQL数据库使用的是基于成本的优化器，估算成本为CPU代价+IO代价，最后决定执行哪种方案。想更深入理解优化器，推荐你们读《数据库查询优化器的艺术》。

5、执行器

优化器阶段完成后，确定了执行方案后，就可以进入执行器阶段。开始执行语句的时候，会先判断你对这张表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。

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mysql> select * from T where id = 10;

> 1142 - SELECT command denied to user 'god-jiang@localhost' for table 'T'

如果有权限，就继续执行查询操作。执行器会根据表的存储引擎去使用引擎对应的接口。

执行过程为：

调用InnoDB引擎接口取表T的第一行，判断id值是否等于10，如果不是则跳过，如果是则存到结果集中。
调用引擎接口取下一行，重复以上的相同逻辑，直到取到表T的最后一行。
执行器将上面的遍历过程中所有满足id=10的行组成结果集全部返回给客户端。

到这里，语句select * from T where id = 10就全部执行完成了。

知识点串起来

以上都是一个个组件的说明和讲解，现在我把他们串起来方便大家理解。

1	select * from T where name = 'god-jiang';

按照上面讲解的MySQL执行流程，这条语句的执行流程是这样的：

通过连接器检查当前账号是否有select这张表的权限，如果没有，就抛异常。
过了连接器，就到了分析器，一般SQL没有语法错误，就会继续往下走。
现在到了优化器，优化器会根据基于成本的优化器来决定执行哪种方案。
到了执行器，直接调用存储引擎的接口，然后返回结果给客户端即可。

总结

今天根据select * from T where id = 10过了一遍MySQL的执行过程和内部组件，可以让你对整个查询过程的各个阶段有个了解。

参考资料

MySQL实战45讲 - 林晓斌
《数据库查询优化器的艺术》