高性能MySQL学习笔记(1) —— MySQL架构

MySQL架构

1.MySQL逻辑架构：

这里分为三层：
1.连接层：连接与线程处理，这一层并不是MySQL独有，一般的基于C/S架构的都有类似组件，比如连接处理、授权认证、安全等。
2.SQL处理层：也叫MySQL服务器层，包括缓存查询、解析器、优化器，这一部分是MySQL核心功能，包括解析、优化SQL语句，查询缓存目录，内置函数（日期、时间、加密等函数）的实现
3.数据存储层：也叫存储引擎层，负责数据存储，存储引擎的不同，存储方式、数据格式、提取方式等都不相同，这一部分也是很大影响数据存储与提取的性能的。但是，与分层的思想一致，SQL处理层是通过API与存储引擎通信的，API屏蔽了下层的差异，下层提供对外接口，上层负责调用即可，不必清楚下层是怎么实现的。

客户端说明：MySQL是基于C/S架构的，这里的客户端自然是专门的，能访问到MySQL服务器的，主要有这么几类，操作客户端：单纯的操作MySQL服务器中的数据（这里数据包括库、表、索引、表中数据等），比如常用的native、phpMyAdmin、Sequal Pro等；应用客户端：应用程序通过程序访问数据库，比如JDBC、ODBC、PHP程序、python程序等。不管是哪种，其实最后都转换为SQL语句访问MySQL。

1.连接层

　　当MySQL启动（MySQL服务器就是一个进程），等待客户端连接，每一个客户端连接请求，服务器都会新建一个线程处理（如果是线程池的话，则是分配一个空的线程），每个线程独立，拥有各自的内存处理空间，但是，如果这个请求只是查询，没关系，但是若是修改数据，很显然，当两个线程修改同一块内存是会引发数据同步问题的。
>连接处理流程

　　连接到服务器，服务器需要对其进行验证，也就是用户名、IP、密码验证，一旦连接成功，还要验证是否具有执行某个特定查询的权限（例如，是否允许客户端对某个数据库某个表的某个操作）。
>认证流程

2.SQL处理层

　　这一层主要功能有：SQL语句的解析、优化，缓存的查询，MySQL内置函数的实现，跨存储引擎功能（所谓跨存储引擎就是说每个引擎都需提供的功能（引擎需对外提供接口）），例如：存储过程、触发器、视图等。

>执行过程：

（图中的查询并不是一定是select语句，在MySQL中，一般习惯把每一条SQL命令称为query（查询））

1.如果是查询语句（select语句），首先会查询缓存是否已有相应结果，有则返回结果，无则进行下一步（如果不是查询语句，同样调到下一步）；
2.解析查询，创建一个内部数据结构（解析树），这个解析树主要用来SQL语句的语义与语法解析；详情可查看：MySQL解析器。
3.优化：优化SQL语句，例如重写查询，决定表的读取顺序，以及选择需要的索引等。这一阶段用户是可以查询的，查询服务器优化器是如何进行优化的，便于用户重构查询和修改相关配置，达到最优化。这一阶段还涉及到存储引擎，优化器会询问存储引擎，比如某个操作的开销信息、是否对特定索引有查询优化等。详情可查看：MySQL优化器。

3.存储引擎

　　存储引擎，也称为表类型，主要用来存储数据的，不同的存储引擎采用不同的技术（存储机制、索引机制、锁定机制）存储数据，这主要是为了满足数据存储要求，比如有的数据不需要大量的改动，只用来查询，而有的数据则需要常常修改（数据插入、删除、更新），针对各种业务情况，为了更好的数据处理效率采用不同的数据存储技术（即不同存储引擎）。
　　MySQL的存储引擎是插件式的，也就是说，用户可以随时切换MySQL的存储引擎：针对表或针对库都可（通过SQL语句命令）。这种灵活性也是为什么MySQL受到欢迎的一个重要原因。MySQL集合了多种引擎：MyISAM、InnoDB、BDB、Merge、Memory等，默认的是InnoDB（MySQL5.5开始，以前是MyISAM）。

2.MySQL物理组件

以下主要参考文章：MySQL架构（guisu）。
以上组件是对逻辑架构的实现：
1.Management Services & Utilities
　　服务管理和控制组件，主要用来回滚操作、恢复数据、数据的复制、迁移、元数据的管理等。
2.Connection Pool：连接池
　　连接池，对应逻辑架构的连接层，主要用来管理用户连接，包括监听、接收客户端请求，转发请求到相应的线程管理模块（该模块负责维护这些线程，包括创建、线程cache，可有线程池实现），还有连接的权限认证工作。
3.SQL Interface：SQL接口
　　各种SQL接口，用来接收管理SQL命令，比如DML、DDL操作，存储过程，视图，触发器等。
4.Parser：解析器
　　SQL命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析。解析器是由Lex和YACC实现的，是一个很长的脚本。
主要功能：
　　a . 将SQL语句进行语义和语法的分析，分解成数据结构，然后按照不同的操作类型进行分类，然后做出针对性的转发到后续步骤，以后SQL语句的传递和处理就是基于这个结构的。
　　b. 如果在分解构成中遇到错误，那么就说明这个sql语句是不合理的。
5.Optimizer: 查询优化器
　　优化SQL语句，比如常量转换与计算、无效代码排除、AND/OR等等优化。查询优化器必要的时候还会询问存储引擎，计算语句执行消耗，从而得出最优策略去执行该SQL命令。
6.Cache & Buffer： 查询缓存
　　他的主要功能是将客户端提交 给MySQL 的 Select 类 query 请求的返回结果集 cache 到内存中，与该 query 的一个 hash 值 做一个对应。该 Query 所取数据的基表发生任何数据的变化之后， MySQL 会自动使该 query 的Cache 失效。在读写比例非常高的应用系统中， Query Cache 对性能的提高是非常显著的。当然它对内存的消耗也是非常大的。
　　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。这个缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，key缓存，权限缓存等
7.存储引擎
　　目前只有MySQL实现了插件式多存储引擎（加了一层抽象层对接下面的存储数据层），其他数据库基本上使用单一的存储引擎。MySQL的存储引擎是基于表的，每个表可选择自己需要的存储引擎。