前言
我相信每一個程序員都避免不了和數據庫打交道，其中Mysql以其輕量、開源成為當下最流行的關系型數據庫。Mysql5.0以前以MyISAM作為默認存儲引擎，在5.5版本以后，以InnoDB作為默認存儲引擎，相比MyISAM，InnoDB完整的支持ACID事務特性,同時支持行級鎖，支持事務這一特性也決定了InnoDB代替MyISAM成為主流存儲引擎的一大決定性因素。
Mysql系統架構圖
mysql整體包含四大部分：
連接層：包含各種組件和連接交互接口(Connectors:各種語言可以操控SQL的基礎，支持各種語言)
核心層：也被稱作SQL Laye,包括安全、權限、sql解析、緩存、執行優化。我們常用的視圖、存儲過程、觸發器等功能的實現也集中在這一層
存儲引擎層：也被稱為Storage Engine Layer，由多種存儲引擎共同組成，負責存儲和獲取數據。服務器是通過存儲引擎API來與它們交互的。MySQL中的存儲引擎可以實現插件式管理，它提供了一系列標准的管理和服務支持。
系統層：實際存儲一些數據庫文件以及日志文件等
Sql執行流程圖
連接層
如上圖(Sql執行流程)所示，我們Sql執行首先是客戶端向MySQL服務器發送一條查詢請求，與connectors交互，連接池認證相關處理。
- 半雙工通信：Mysql客戶端/服務端通信協議是一種
半雙工的通信信道，什么叫半雙工呢？半雙工指的是允許客戶端和服務端雙方相互通信，但是同一時刻只允許存在單向通信。對於查詢sql來講，大多數都是客戶端發送的查詢數據包較小且為單個數據包，服務端返回的數據包較大且較大時大多拆分為多個數據包，多個數據包都需要被客戶端完整接收才算是查詢結束，這也是為什么在實際開發中要求我們避免使用select *以及增加limlt查詢條件的原因之一。 - Connectors(連接器)的職責就是維護上述過程中的連接通到，包括建立連接、權限表驗證、維持連接和關閉連接。新建和關閉應該不用過多描述；權限表驗證是從
user、host、db等表查出權限，放置在連接的上下文中(也就是說已經打開的鏈接不受權限變更影響)。維持連接則指的是Connectors需要保障完全接收服務器響應的數據包，不能出現丟包的情況。 - Connection Pool(連接池) ：作為一個單進程多線程的應用，mysql連接也參照實現一種池化
對於mysql連接，任何時刻都有一個狀態，該狀態表示了mysql當前正在做什么。使用show full processlist命令查看當前狀態。下面是這些狀態的解釋：
- sleep：線程正在等待客戶端發送新的請求；
- query：線程正在執行查詢或者正在將結果發送給客戶端；
- locked：在mysql服務器層，該線程正在等待表鎖。在存儲引擎級別實現的鎖，例如InnoDB的行鎖，並不會體現在線程狀態中。對於MyISAM來說這是一個比較典型的狀態。
- analyzing and statistics：線程正在收集存儲引擎的統計信息，並生成查詢的執行計划；
- copying to tmp table：線程在執行查詢，並且將其結果集復制到一個臨時表中，這種狀態一般要么是做group by操作，要么是文件排序操作，或者union操作。如果這個狀態后面還有on disk標記，那表示mysql正在將一個內存臨時表放到磁盤上。
- sorting Result：線程正在對結果集進行排序。
- sending data：線程可能在多個狀態間傳送數據，或者在生成結果集，或者在想客戶端返回數據。
核心層
我們之前說過，核心層包括安全權限(Management Services & Utilities 、)、sql解析(Parser)、緩存(cache)、執行優化(Optimizer)四塊，不過還應該再加上SQL Interface(Sql接口)，這一塊主要是承擔和連接層的交互的作用。所以歸納而言
| 名稱 | 說明 |
|---|---|
| Management Services & Utilities | MySQL 的系統管理和控制工具，包括備份恢復、MySQL 復制、集群等。 |
| SQL Interface（SQL 接口） | 用來接收用戶的 SQL 命令，返回用戶需要查詢的結果。 |
| Parser（查詢解析器） | 包含驗證和解析兩部分，以便可以轉換為MySQL優化器可以識別的數據結構或返回 SQL 語句的錯誤。 |
| Optimizer（查詢優化器） | 驗證權限和優化查詢。舉個例子 SELECT id, name FROM student WHERE sex = "女";,SELECT 查詢先根據 WHERE 語句進行選取，而不是將表全部查詢出來以后再進行sex過濾。這就屬於一種優化。SELECT 查詢先根據 id 和 name 進行屬性投影，而不是將屬性全部取出以后再進行過濾，將這兩個查詢條件連接起來生成最終查詢結果。所以說Mysql是使用“選取-投影-連接”策略進行查詢。 |
| Caches & Buffers（查詢緩存） | 查詢的時候如果發現緩存中有(hash實現)，就直接返回緩存中的結果。這個緩存機制是由一系列小緩存組成的，比如表緩存、記錄緩存、key 緩存、權限緩存等。 |
Caches & Buffers（查詢緩存）
對select查詢結果做緩存，這個緩存可能包含多個小緩存，緩存的key值是通過查詢本身、當前要查詢的數據庫、客戶端協議版本號等一些可能影響結果的信息計算得來。所以兩個查詢在任何字符上的不同 (例如 : 空格、注釋)，都會導致緩存不會命中。
MySQL 8.0版本中查詢緩存的功能已經被刪除
Management Services & Utilities
主要為Mysql的管理服務和一些工具組件，主要作用是對數據的恢復、回滾，以及數據遷移、復制、元數據的管理。主要為以下功能
- 數據庫備份和恢復
- 數據庫安全管理，如用戶及權限管理
- 數據庫復制管理
- 數據庫集群管理
- 數據庫分區，分庫，分表管理
- 數據庫元數據管理
SQL Interface（SQL 接口）
主要是用來接收Sql信息和返回執行結果.大體可以分以下幾類：
- Data Manipulation Language (DML).
- Data Definition Language (DDL).
- 存儲過程
- 視圖
- 觸發器
Parser（查詢解析器)
主要是對傳遞過來sql的分解，先對語法進行驗證檢查。語法檢查通過后，解析器會查詢緩存，如果緩存中有對應的語句，就直接返回結果不進行接下來的優化執行操作。
ps: 緩存中數據被修改，會被清出緩存。
Optimizer（查詢優化器）
Optimizer階段主要就是對sql的優化了，通過系統規則選定最優的執行方案。這個過程包括選擇語法、常量轉換與計算、無效代碼排除、AND/OR等等，必要時還可能查詢存儲引擎，獲得最優策略。
Pluggable Storage Engine(存儲引擎層)
作為Mysql最具有特色的一塊地方，Mysql將存儲引擎作為一個抽象類，InnoDB、MyISAM、BDB、Memory等等都是其子類。5.5版本以后以InnoDB作為其默認實現。目前除mysql以外其他大多都是單一存儲引擎。
ps:存儲引擎是基於表的，而不是數據庫
InnoDB(默認存儲引擎)
- 完整的支持ACID事務
- 支持行級鎖
- 支持外鍵
- 使用聚集索引，索引和數據綁在一起在一個邏輯空間上，b+樹葉子節點對於主鍵索引存儲的是數據，對於輔助索引(二級索引)對應的則是主鍵的值
- count掃全表
- 必須存在唯一索引(主鍵)
MyISAM
- 不支持事務，但是插入和更新更快
- 支持表級鎖
- 不支持外鍵
- 使用非聚集索引，索引和數據分離的，b+樹葉子結點均存儲的是實體數據文件地址的指針
- count走變量不走全表
- 唯一索引非必要
對於存儲引擎的分析在下一篇博客會着重介紹，這里先介紹整個Mysql的架構，通過架構可以反應出一個sql的執行流程
文件系統層
磁盤最小單位是512字節，操作系統是4KB，mysql里最小的是page（頁面）有16K
因為基於存儲引擎的不同，底層文件結構也會有些不同，比如InnoDB：frm是表定義文件，ibd是數據文件，而MyISAM：myd是數據文件，myi是索引文件。InnoDB還有redo Log、undo Log
結尾
本篇博客作為一個Mysql全局概覽的介紹，由連接層自上而下的說明了整個Mysql的結構組成，但是Mysql核心還是在存儲引擎上，所以后面會專門拿出一篇博文來介紹InnoDB默認引擎，鞏固自己的知識點。
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