⭐MySQL的底层原理与架构

前言

了解MySQL的架构和原理对于很多的后续很多的操作会有很大的帮助与理解。并且很多知识都与底层架构相关联。

了解MySQL架构

通过上面的架构图可以得知，Server层中主要由 连接器、查询缓存、解析器/分析器、优化器、执行器 几部分组成的，下面将主要描述下这几部分。

1、连接器：

客户端想要对数据库进行操作时，前提是与数据库建立好连接；而连接器就是用来负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接的。

（1）连接方式：

MySQL既支持短连接，也支持长连接。短连接就是操作完毕后，马上close关掉。长连接可以保持打开，减少服务端创建和释放连接的消耗，后续程序访问的时候还可以使用这个连接。

（2）连接池：

与客户端的连接池一样，为了减少频繁创建和销毁连接造成的不必要的性能损失，这里也采用了“池化”的思想，通过数据库连接池去管理连接。一般我们会在连接池中使用长连接，例如：druid、c3p0、dbcp等

2、查询缓存：

MySQL缓存是默认关闭的，也就是说不推荐使用缓存，并且在 MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了。因为缓存中的格式是kye(sql),value(数据）的方式保存的，如果SQL只要有一点不同那么就不会走缓存。其次是表中的数据很多时候都是会变化的，而数据变化了那么缓存也就没有意义。

3、分析/解析器：

分析器的工作主要是对要执行的SQL语句进行解析，最终得到抽象语法树，然后再使用预处理器判断抽象语法树中的表是否存在，如果存在的话，在接着判断select投影列字段是否在表中存在等。

（1）词法分析：

词法分析用于将SQL拆解为不可再分的原子符号，称为Token。并根据不同数据库方言所提供的字典，将其归类为关键字，表达式，字面量和操作符。

（2）语法分析：

语法分析就是根据词法分析拆解出来的Token（原子符号）将SQL语句转换为抽象语法树。

（3）预处理器：

预处理是用来对生成的 抽象语法树 进行语义校验，语义校验就是对查询的表、select投影列字段进行校验，判断表、字段是否存在等；

SELECT id, name FROM t_user WHERE status = 'ACTIVE' AND age > 18

以上述SQL为例，经过词法分析与语法分析后会得到的抽象语法树如下图。

4、优化器：

优化器的作用主要是将SQL经过词法解析/语法解析后得到的语法树，通过MySQL的数据字典和统计信息的内容，经过一系列运算 ，最终得出一个执行计划，包括选择使用哪个索引。

在优化过程中，经过的一系列运算是什么呢？

（1）逻辑变换：例如SQL的where条件中存在 8>9，那逻辑转换就是将语法树中存在的这种常量表达式直接进行化简，化简为 false；除了化简还有常量表达式计算等。

（2）代价优化：就是通过付出一些数据统计分析的代价，来得到这个SQL执行是否可以走索引，以及走哪些索引；除此之外，在多表关联查询中，确定最终表join的顺序等

 在分析是否走索引查询时，是通过进行动态数据采样统计分析出来；只要是统计分析出来的，那就可能会存在分析错误的情况，所以在SQL执行不走索引时，也要考虑到这方面的因素

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。执行器最终就是根据一系列的执行计划去调用存储引擎提供的API接口去调用操作数据，完成SQL的执行。

开始执行的时候，要先判断一下建立连接的对象对这个表有没有执行操作的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误；如果有，就按照生成的执行计划进行执行。

InnoDB存储引擎：

存储引擎是对底层物理数据执行实际操作的组件，为Server服务器层提供各种操作数据的 API，数据是被存放在内存或者是磁盘中的。MySQL 支持插件式的存储引擎，包括 InnoDB 、MyISAM、Memory 等。一般情况下，MySQL默认使用的存储引擎是 InnoDB。如下图所示，InnoDB存储引擎整体分为内存架构（Memory Structures）和磁盘架构（Disk Structures）

1、Buffer Pool：

Buffer Pool （缓冲池）是 InnoDB 存储引擎中非常重要的内存结构，类似 Redis 一样的作用，起到一个缓存的作用。MySQL 的数据最终是存储在磁盘中的，如果没有 Buffer Pool，那么每次的数据库请求都会磁盘中查找，这样必然会存在 IO 操作。但是有了 Buffer Pool，在第一次查询时就会将查询的结果保存到 Buffer Pool 中，这样后面再有请求时就会先从缓冲池中去查询，如果没有再去磁盘中查找，然后在放到 Buffer Pool 中，如下图：

UPDATE students SET stuName = '小强' WHERE id = 1

 以上述SQL为例，那么它的执行顺序大致如下

• （1）innodb 存储引擎先在缓冲池中查找 id=1 的这条数据是否存在
• （2）如果缓存不存在，那么就去磁盘中加载，并将其存放在缓冲池中
• （3）该条记录会被加上一个独占锁