增删改查这么多年，后栽在MySQL的架构设计上！

2022-08-01 00:00:00 执行 连接 优化 缓存 服务器
目前大部分后端开发人员对MySQL的理解可能停留在一个黑盒子阶段。

对MySQL的基本使用没什么问题，比如建库、建表、建索引，执行各种增删改查等。

所以很多后端开发人员眼中的MySQL如下图所示：



导致其在实际工作中碰到MySQL死锁异常、SQL性能太差、异常报错等问题时，直接百度搜索。

然后跟着博客捣鼓就解决了，可能自己都没搞明白里面的原理。

为了解决这种知其然而不知其所以然的问题，本文将带着大家探索MySQL底层原理。

这样大家碰到MySQL的一些异常或者问题时，能够直戳本质，快速地定位解决。


一、连接管理


系统（客户端）访问MySQL服务器前，做的件事就是建立TCP连接。

经过三次握手建立连接成功后，MySQL服务器对TCP传输过来的账号密码做身份认证、权限获取。

  • 用户名或密码不对，会收到一个Access denied for user错误，客户端程序结束执行；

  • 用户名密码认证通过，会从权限表查出账号拥有的权限与连接关联，之后的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。

接着我们来思考以下问题：

一个系统只会和MySQL服务器建立一个连接吗？

只能有一个系统和MySQL服务器建立连接吗？

当然不是，多个系统都可以和MySQL服务器建立连接，每个系统建立的连接肯定不止一个。

所以，为了解决TCP无限创建与TCP频繁创建销毁带来的资源耗尽、性能下降问题。

MySQL服务器里有专门的TCP连接池限制接数，采用长连接模式复用TCP连接，来解决上述问题。



TCP连接收到请求后，必须要分配给一个线程去执行，所以还会有个线程池，去走后面的流程。

这些内容我们都归纳到MySQL的连接管理组件中。

所以连接管理的职责是负责认证、管理连接、获取权限信息。


二、解析与优化


经过了连接管理，现在MySQL服务器已经获取到SQL字符串。

如果是查询语句，MySQL服务器会使用select SQL字符串作为key。

去缓存中获取，命中缓存，直接返回结果（返回前需要做权限验证），未命中执行后面的阶段，这个步骤叫查询缓存。



需要注意，select SQL字符串要完全匹配，有任何不同的地方都会导致缓存不被命中（空格、注释、大小写、某些系统函数）。


小贴士：虽然查询缓存有时可以提升系统性能，但也不得不因维护这块缓存而造成一些开销，从MySQL 5.7.20开始，不推荐使用查询缓存，并在MySQL 8.0中删除。


没有命中缓存，或者非select SQL就来到分析器阶段了。

因为系统发送过来的只是一段文本字符串，所以MySQL服务器要按照SQL语法对这段文本进行解析。



如果你的SQL字符串不符合语法规范，就会收到You have an error in your SQL syntax错误提醒。

通过了分析器，说明SQL字符串符合语法规范，现在MySQL服务器要执行SQL语句了。

MySQL服务器要怎么执行呢？

你需要产出执行计划，交给MySQL服务器执行，所以来到了优化器阶段。



优化器不仅仅只是生成执行计划这么简单，这个过程它会帮你优化SQL语句。

如外连接转换为内连接、表达式简化、子查询转为连接、连接顺序、索引选择等，优化的结果就是执行计划。

截止到现在，还没有真正去读写真实的表，仅仅只是产出了一个执行计划。

于是就进入了执行器阶段，MySQL服务器终于要执行SQL语句了。



开始执行的时候，要先判断一下对这个表有没有相应的权限，如果没有，就会返回权限错误。

如果有权限，根据执行计划调用存储引擎API对表进行读写。



存储引擎API只是抽象接口，下面还有个存储引擎层，具体实现还是要看表选择的存储引擎。

讲到这里，上面提到的查询缓存、分析器、优化器、执行器都可以归纳到MySQL的解析与优化组件中。

所以解析与优化的职责如下：

  • 缓存
  • SQL语法解析验证
  • SQL优化并生成执行计划
  • 根据执行计划调用存储引擎接口



其中连接管理与解析与优化处于MySQL架构中的Server层。


三、小结


在学习任何知识前，先不要着急的陷入细节，而是先了解大致脉络，形成一个全局观，之后再去深入了解相关的细节。

MySQL架构分为Server层与存储引擎层。

连接管理、解析与优化这些并不涉及读写表数据的组件划分到Server层，读写表数据而是交给存储引擎层来做。

通过这种架构设计，我们发现Server层其实就是公用层，存储引擎层就是多态层，按需选择具体的存储引擎。

再细想下，它和模板方法设计模式一摸一样，它们的执行流程是固定的，Server层等于公用模板函数，存储引擎层等于抽象模板函数，按需子类实现。

后以一张MySQL简化版的架构图结束本文。



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参考资料


  • 《MySQL实战45讲》

  • 《从零开始带你成为MySQL实战优化高手》

  • 《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解MySQL》

  • 《MySQL技术Innodb存储引擎》


作者丨阿星
来源丨公众号：程序猿阿星（ID：cxyax1993）

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