MySQL 执行原理

执行流程

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:是一个可插拔的设计,也就是我们可以随意选择具体的存储引擎。server端通过API与存储引擎进行通信,这些接口屏蔽了不同存储引擎的差异。 支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。从 MySQL 5.5 版本开始, InnoDB 成为了 MySQL 的默认存储引擎。

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1、连接器

第一步,你会先连接到这个数据库上,这时候接待你的就是连接器。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的:

[root@192 ~]# mysql ‐h host[数据库地址] ‐u root[用户] ‐p root[密码] ‐P 3306

连接命令中的 mysql 是客户端工具,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

1、如果用户名或密码不对,你就会收到一个”Access denied for user(拒绝用户访问)”的错误,然后客户端程序结束执行。

2、如果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。之后,这个连接里面的权限判断逻辑,都将依赖于此时读到的权 限。

2、查询缓存

1、连接建立完成后,你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步:查询缓存。

2、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

3、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。你可以看到,如果查 询命中缓存,MySQL 不需要执行后面的复杂操作,就可以直接返回结果,这个效率会很高

不推荐使用查询缓存, 因为查询缓存往往弊大于利。查询缓存的失效非常频繁,只要有对一个表的更新,这个表上所有的查询缓存都会被清空。

而对于你确定要使用查询缓存的语句,可以用 SQL_CACHE 显式指定,像下 面这个语句一样:

select SQL_CACHE * from test where ID=5;

查看当前mysql实例是否开启缓存机制:

show global variables like "%query_cache_type%";

mysql8.0已经移除了查询缓存功能

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。首先,MySQL 需要知道你要做什么,因此需要对 SQL 语句做解析。

MySQL 从你输入的”select”这个关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”,把字符 串“ID”识别成“列 ID”。

做完了这些识别以后,就要做“语法分析”。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,比如下面这个语句 from 写成了 “rom”

mysql> select * fro test where id=1;
2 ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds t
o your MySQL server version for the right syntax to use near 'fro test where id=1' at line 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。比如你执行下面这样的语句,这个语句是执行两个表的 join:

mysql> select * from test1 join test2 on test1.id = test2.id where test1.name=yangguo and test2.name=xiaolongnv;
  • 既可以先从表 test1 里面取出 name=yangguo的记录的 ID 值,再根据 ID 值关联到表 test2,再判断 test2 里面 name的 值是否等于 yangguo.
  • 也可以先从表 test2 里面取出 name=xiaolongnv 的记录的 ID 值,再根据 ID 值关联到 test1,再判断 test1 里面 name 的值是否等于 yangguo.

也可以先从表 test2 里面取出 name=xiaolongnv 的记录的 ID 值,再根据 ID 值关联到 test1,再判断 test1 里面 name 的值是否等于 yangguo.

这两种执行方法的逻辑结果是一样的,但是执行的效率会有不同,而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。
优化器阶段完成后,这个语句的执行方案就确定下来了,然后进入执行器阶段。

5、执行器

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)。

mysql> select * from test where id=1;

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 test 中,ID 字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的

  1. 调用 InnoDB 引擎接口取这个表的第一行,判断 ID 值是不是 10,如果不是则跳过,如果是则将这行存在结果集中;

  2. 调用引擎接口取“下一行”,重复相同的判断逻辑,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集返回给客户端。

    至此,这个语句就执行完成了。对于有索引的表,执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接 口,之后循环取“满足条件的下一行”这个接口,这些接口都是引擎中已经定义好的。你会在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的时候累加 的。在有些场景下,执行器调用一次,在引擎内部则扫描了多行,因此引擎扫描行数跟 rows_examined 并不是完全相同的

存储引擎

mysql的存储引擎是一个可插拔的设计,server层通过设定的一些api和存储引擎交互,存储引擎去实现这些api。常见的存储引擎有InnoDB,myISAM,memory。

InnoDB

特点:

  1. 64TB
  2. 支持事务
  3. 行级锁
  4. 支持多版本并发控制机制(MVCC)
  5. 支持聚簇索引
  6. 支持数据缓存
  7. 支持外键

InnoDB数据库文件:

  • tb_name.frm:表格式定义
  • tb_name.ibd :数据文件

myISAM

缺点

  1. 不支持事务

  2. 最小粒度锁:表级

  3. 读写相互阻塞,写入不能读,读时不能写

  4. 不支持MVCC(支持多版本并发控制机制)

  5. 不支持聚簇索引

  6. 不支持数据缓存,只支持索引缓存

  7. 不支持外键

  8. 崩溃恢复性较差

优点:

  1. 最大支持256TB存储空间

  2. 读取数据较快,占用资源较少

  3. 直接记录了select count(0)的值

MyISAM引擎存储文件:

  • tbl_name.frm: 表格式定义

  • tbl_name.MYD: 数据文件

  • tbl_name.MYI: 索引文件

适用场景:MySQL5.5.5前默认的数据库引擎,在只读(或者写较少)、表较小(可以接受长时间进行修复操作)的场景适用

memory

所有的数据都保存在内存中,不需要进行磁盘I/O。Memory表的结构在重启以后还会保留,但数据会丢失。

Memroy表在很多场景可以发挥好的作用:

  • 用于查找(lookup) 或者映射(mapping) 表,例如将邮编和州名映射的表。

  • 用于缓存周期性聚合数据( periodically aggregated data)的结果。

  • 用于保存数据分析中产生的中间数据。