一文搞懂MySQL架構設計,再也不用擔心面試官問得太深

一燈架構 發表於 2022-07-18
面試 MySQL

很多開發同學對SQL優化如數家珍,卻對MySQL架構一知半解。豈不是隻見樹葉,不見森林,終將陷入細節中不能自拔。

今天就一塊學習MySQL分層架構,深入瞭解MySQL底層實現原理,以及每層的作用,我們常見的SQL優化到底在哪一層做了優化?

1. MySQL整體架構

由圖中可以看到MySQL架構主要分為Server層儲存引擎層

Server層又分為聯結器、快取、分析器、優化器、執行器。所有跨儲存引擎的功能都在這層實現,比如:函式、儲存過程、觸發器、檢視等。

儲存引擎是可插拔式的,常見的儲存引擎有MyISAM、InnoDB、Memory等,MySQL5.5之前預設的是MyISAM,之後預設的是InnoDB。

image-20220717185949293.png

2. 聯結器

聯結器主要用來管理客戶端的連線和使用者身份認證。

客戶端與Server端的連線採用的是TCP協議,經過TCP握手,建立連線之後,聯結器開始進行身份驗證。

> mysql -hlocalhost -P3306 -uroot -p

如果認證失敗,就會出現錯誤 ERROR 1045 (28000): Access denied for user 'root'@'localhost' (using password: YES)

可以通過 show processlist 命令檢視系統所有連線的資訊:

image-20220717175623547.png

其中Commond列表示連線狀態,Daemon表示後臺程式,Query表示查詢,Sleep表示空閒連線。

3. 查詢快取

客戶端請求不會直接去儲存引擎查詢資料,而是先在快取中查詢結果是否存在。如果結果已存在,直接返回,否則再執行一遍查詢流程,查詢結束後把結果再快取起來。

如果資料表發生更改,將清空失效快取,例如 insert、update、delete、alter操作等。

對於頻繁變更的資料表來說,快取命中率很低。使用快取反而降低了讀寫效能,所以在MySQL8.0以後就移除了快取模組。

可以通過下面命令檢視是否開啟了快取:

image-20220717180421713.png

4. 分析器

分析器主要對SQL語句進行詞法分析語法分析

首先進行詞法分析,分析出MySQL的關鍵字、以及每個詞語代表的含義。然後進行語法分析,檢測SQL語句是否符合MySQL語法要求。

MySQL通過識別字串中列名、表名、where、select/update/insert 等MySQL關鍵字,在根據語法規則判斷sql是否滿足語法,最終會生成一個抽象語法樹(AST)。

比如:SQL語句中少寫個where關鍵字,就會提示錯誤。

mysql> select * from 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. 優化器

在真正執行SQL語句之前,還需要經過優化器處理。

我們熟知的執行計劃(Explain)就是優化器生成的。

優化器主要有兩個作用:邏輯優化物理優化

邏輯優化主要進行等價謂詞重寫、條件化簡、子查詢消除、連線消除、語義優化、分組合並、選擇下推、索引優化查詢、表查詢替換檢視查詢、Union替換or操作等。

物理優化主要作用是通過貪婪演算法,根據代價估算模型,估算出每種執行方式的代價。並使用索引優化表連線,最終生成查詢執行計劃。

附上MySQL優化器架構圖,可以清晰的看到優化過程:

mysql查詢優化器.png

如果想知道優化器估算結果資訊,可以通過Explain檢視,關注一燈,下篇文章會詳細講解Explain具體用法。

6. 執行器

在優化器優化完SQL,並生成了執行計劃後,就會把執行計劃傳遞給執行器。

執行器呼叫儲存引擎介面,真正的執行SQL查詢。獲取到儲存引擎返回的查詢結果,並把結果返回給客戶端,至此SQL語句執行結束。

7. 總結

本篇文章主要帶大家瞭解了MySQL分層架構,以及每層的架構的作用。可以看出MySQL每層架構分工明確、邏輯清晰,深刻地體現了架構設計中“高內聚,低耦合”的設計思想。我們平時在做架構設計的時候,也要多學習一下這種分層架構的設計思想。

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