MySQL架构设计其实很简单

一、概述

我们很多互联网项目首选的数据库就是MySql5.7，因为免费，支持数据库主从复制，读写分离，且语法简单，容易上手，虽然对sql的函数、触发器、存储过程有一定的了解，也能说出一些优化sql语句的方法，但这些只能说是对MySql的浅薄了解。

在当今这个社会，竞争异常的激烈，如果还只停留在表面的CRUD，那么是没有任何优势的，像现在的MySQL面试题，你能答出来吗？

说说MySQL中MVCC机制的原理？
MySQL的事务原理和实现？
MySQL数据主从复制的原理？
MySQL底层数据的存储结构？
如何使MySQL支持海量数据存储？
MySQL中的锁机制原理和实现？
MySQL索引机制？索引中涉及的数据结构和算法？
MySQL为何使用B+树作为索引结构？
B+树可以存放多少数据？
说说MySQL中间隙锁的实现原理？
InnoDB引擎为何会崩溃？说说其实现原理？
等等其他一系列高频面试

所以我们想对MySql有一个深入彻底的了解，就必须了解它的底层架构是怎么实现的。

今天就由我带领大家一块学习MySQL分层架构，深入了解MySQL底层实现原理、以及每层的作用，我们常见的Sql优化是在哪些层实现了优化。

二、架构详解

1、MySql的整体架构，如下图

在这里插入图片描述

由图中我们可以看到数据库架构主要由Service层和存储引擎层。
Service层又分为连接器、分析器、优化器、执行器及缓存。所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，如：函数、存储过程、触发器、视图等。
存储引擎是可插拔式的，目前主要的存储引擎有MyISAM、InnoDB、Memory等，MySQL5.5之前默认是MyISAM、之后是InnoDB。

2、连接器

连接器的主要作用是用来管理客户端的连接及身份认证。
客户端与Server端的连接采用的是TCP协议，经过三次握手，建立连接之后，连接器开始进行身份验证。
身份验证的代码

mysql -hlocalhost -P3306 -uroot -p

如果身份验证失败就会出现错误

ERROR 1045 (28000): Access denied for user ‘root’@‘localhost’ (using password: YES)。

在这里，我们可以使用show processlist命令查看系统所有的连接信息
在这里插入图片描述

在上图中Command表示连接状态，Daemon表示后天进程，Query表示查询，Sleep表示看下连接。

3. 查询缓存

可以端查询数据不会直接去使用存储引擎查询数据，而是先在缓存查询数据是否存在。如果存在，直接返回，否则再执行一遍查询流程，查询结束后再把结果缓存起来，这样可以大大提高查询效率。
如果数据发生更改，将清空缓存，如执行update、insert、delete、alter等操作。
对于频繁更改的数据，缓存的命中率很低，使用缓存反而降低了读写性能，所以在MySQL8.0后就移除了缓存模块。
可以通过下面的命令查看缓存是否开启

show variables like ‘%query_cache%’;

在这里插入图片描述

4、分析器

主要对MySQL的词法和语法进行分析。
首先进行词法分析，分析出MySQL的关键字、以及每个词语代表的含义。然后进行语法分析，是否遵循MySQL的要求。
MySQL识别语句中的列名、表名、select、update、insert、where等MySQL关键字，再根据语法规则判断sql语句是否符合满足语法，最终生成一个抽象的语法数（AST）。
比如：sql语句中少写个where关键字，就会提示错误。

mysql> use shop;
mysql> select * from sys_user id = 1;
ERROR 1064 (42000): 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 '= 1' at line 1

5. 优化器

在真正执行sql语句之前，还要经过优化器进行处理。
例如我们熟悉的执行计划 Explain 就是优化器生成的。
优化器主要有两个作用：逻辑优化和物理优化。

1、逻辑优化主要进行等价微词重写、条件化简、子查询消除、连接消除、语义优化、分组合并、选择下推、索引优化查询、表查询替换视图查询、Union替换or操作等。
2、物理优化主要通过贪婪算法，根据代价估值模型，估算出每种执行方式的代价。并使用索引优化表连接，最终生成查询执行计划。

如下图就是优化的详细过程：
在这里插入图片描述
如果想知道优化器估算结果信息，可以通过Explain查看，如：

mysql> explain select * from sys_user where id = 1;

6. 执行器

在优化器对sql语句的优化完成，并生成了执行计划后，就会把执行计划传递给执行器。
执行器调用存储引擎接口，真正的执行查询。获取到存储引擎返回的结果，并把结果返回给客户端，至此查询语句结束。

7、整个查询过程，如图：

在这里插入图片描述

8、总结

本文主要对MySQL的底层架构进行了简单的介绍，同时对每层架构的作用都做了详细的说明。从中我们可以看出MySQL每层架构分工明确、逻辑清晰、深刻体现了架构设计中“高内聚、低耦合”的设计思想。我们平时在架构设计的时候，也要多学习这种分层的架构设计思想。