MySQL架构和运行机制

MySQL架构和运行机制

MySQL体系架构

MySQL架构和运行机制

MySQL Server架构自顶向下大致可以分网络连接层、服务层、存储引擎层和系统文件层。

一、网络连接层

客户端连接器(Client Connectors):提供与MySQL服务器建立的支持。目前几乎支持所有主流
的服务端编程技术,例如常见的 Java、C、Python、.NET等,它们通过各自API技术与MySQL建立
连接。

二、服务层(MySQL Server)

服务层是MySQL Server的核心,主要包含系统管理和控制工具、连接池、SQL接口、解析器、查询优化器和缓存六个部分。

  • 连接池(Connection Pool):负责存储和管理客户端与数据库的连接,一个线程负责管理一个连接。
  • 系统管理和控制工具(Management Services & Utilities):例如备份恢复、安全管理、集群管理等
  • SQL接口(SQL Interface):用于接受客户端发送的各种SQL命令,并且返回用户需要查询的结果。比如DML、DDL、存储过程、视图、触发器等。
  • 解析器(Parser):负责将请求的SQL解析生成一个"解析树"。然后根据一些MySQL规则进一步检查解析树是否合法。
  • 查询优化器(Optimizer):当“解析树”通过解析器语法检查后,将交由优化器将其转化成执行计划,然后与存储引擎交互。
  • 缓存(Cache&Buffer): 缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存,记录缓存,权限缓存,引擎缓存等。如果查询缓存有命中的查询结果,查询语句就可以直接去查询缓存中取数据。

三、存储引擎层(Pluggable Storage Engines)

存储引擎负责MySQL中数据的存储与提取,与底层系统文件进行交互。MySQL存储引擎是插件式的,服务器中的查询执行引擎通过接口与存储引擎进行通信,接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异 。现在有很多种存储引擎,各有各的特点,最常见的是MyISAM和InnoDB。

四、系统文件层(File System)

该层负责将数据库的数据和日志存储在文件系统之上,并完成与存储引擎的交互,是文件的物理存储层。主要包含日志文件,数据文件,配置文件,pid 文件,socket 文件等。

  • 日志文件

    • 错误日志(Error log)
      默认开启,show variables like ‘%log_error%‘
    • 通用查询日志(General query log)
      记录一般查询语句,show variables like ‘%general%‘;
    • 二进制日志(binary log)
      记录了对MySQL数据库执行的更改操作,并且记录了语句的发生时间、执行时长;但是它不记录select、show等不修改数据库的SQL。主要用于数据库恢复和主从复制。
      show variables like ‘%log_bin%‘; //是否开启
      show variables like ‘%binlog%‘; //参数查看
      show binary logs;//查看日志文件
    • 慢查询日志(Slow query log)
      记录所有执行时间超时的查询SQL,默认是10秒。
      show variables like ‘%slow_query%‘; //是否开启
      show variables like ‘%long_query_time%‘; //时长
  • 配置文件
    用于存放MySQL所有的配置信息文件,比如my.cnf、my.ini等。

  • 数据文件

    • db.opt 文件:记录这个库的默认使用的字符集和校验规则。
    • frm 文件:存储与表相关的元数据(meta)信息,包括表结构的定义信息等,每一张表都会有一个frm 文件。
    • MYD 文件:MyISAM 存储引擎专用,存放 MyISAM 表的数据(data),每一张表都会有一个.MYD 文件。
    • MYI 文件:MyISAM 存储引擎专用,存放 MyISAM 表的索引相关信息,每一张 MyISAM 表对应一个 .MYI 文件。
    • ibd文件和 IBDATA 文件:存放 InnoDB 的数据文件(包括索引)。InnoDB 存储引擎有两种表空间方式:独享表空间和共享表空间。独享表空间使用 .ibd 文件来存放数据,且每一张InnoDB 表对应一个 .ibd 文件。共享表空间使用 .ibdata 文件,所有表共同使用一个(或多个,自行配置).ibdata 文件。
    • ibdata1 文件:系统表空间数据文件,存储表元数据、Undo日志等 。
    • ib_logfile0、ib_logfile1 文件:Redo log 日志文件。
  • pid 文件
    pid 文件是 mysqld 应用程序在 Unix/Linux 环境下的一个进程文件,和许多其他 Unix/Linux 服务端程序一样,它存放着自己的进程 id。

  • socket 文件

    socket 文件也是在 Unix/Linux 环境下才有的,用户在 Unix/Linux 环境下客户端连接可以不通过TCP/IP 网络而直接使用 Unix Socket 来连接 MySQL。

MySQL运行机制

MySQL架构和运行机制

  1. 建立连接(Connectors&Connection Pool),通过客户端/服务器通信协议与MySQL建立连接。MySQL 客户端与服务端的通信方式是 “ 半双工 ”。对于每一个 MySQL 的连接,时刻都有一个线程状态来标识这个连接正在做什么。

    通讯机制:

    全双工:能同时发送和接收数据,例如平时打电话。

    半双工:指的某一时刻,要么发送数据,要么接收数据,不能同时。例如早期对讲机

    单工:只能发送数据或只能接收数据。例如单行道

  2. 查询缓存(Cache&Buffer),这是MySQL的一个可优化查询的地方,如果开启了查询缓存且在查询缓存过程中查询到完全相同的SQL语句,则将查询结果直接返回给客户端;如果没有开启查询缓存或者没有查询到完全相同的 SQL 语句则会由解析器进行语法语义解析,并生成“解析树”。默认是关闭的,不好用,需要SQL完全相同才能匹配缓存,如果表进行DDL或者DML操作,缓存就会被清空。

  3. 解析器(Parser),将客户端发送的SQL进行语法解析,生成"解析树"。预处理器根据一些MySQL规则进一步检查“解析树”是否合法,例如这里将检查数据表和数据列是否存在,还会解析名字和别名,看看它们是否有歧义,最后生成新的“解析树”。

  4. 查询优化器(Optimizer),根据“解析树”生成最优的执行计划。MySQL使用很多优化策略生成最优的执行计划,可以分为两类:静态优化(编译时优化)、动态优化(运行时优化)。

    • 等价变换策略

      5=5 and a>5 改成 a > 5

      a < b and a=5 改成b>5 and a=5

      基于联合索引,调整条件位置等

    • 优化count、min、max等函数

      InnoDB引擎min函数只需要找索引最左边

      InnoDB引擎max函数只需要找索引最右边

      MyISAM引擎count(*),不需要计算,直接返回

    • 提前终止查询

      使用了limit查询,获取limit所需的数据,就不在继续遍历后面数据

    • in的优化

      MySQL对in查询,会先进行排序,再采用二分法查找数据。比如where id in (2,1,3),变成 in (1,2,3)

  5. 查询执行引擎负责执行 SQL 语句,此时查询执行引擎会根据 SQL 语句中表的存储引擎类型,以及对应的API接口与底层存储引擎缓存或者物理文件的交互,得到查询结果并返回给客户端。若开启用查询缓存,这时会将SQL 语句和结果完整地保存到查询缓存(Cache&Buffer)中,以后若有相同的 SQL 语句执行则直接返回结果。

MySQL架构和运行机制

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