第一章 MYSQL的架构与历史

第一章 MYSQL的架构与历史

一、mysql系统架构
1.mysql三层逻辑架构：
    1层：连接处理、授权认证、安全等
    2层：大多数mysql核心功能在此层，包括查询解析、分析、优化、缓存以及内置函数、所有跨存储引擎功能（存储过程、触发器、视图）都在这一层
    3层：包括了存储引擎、负责MYSQL中数据存储和提取
2.连接管理和安全性：
    每个客户端连接在服务器进程中拥有一个线程，这个连接的查询只会在这个单独的线程中执行，该线程只能轮流在某个CPU核心或者CPU中运行，服务器会负责缓存线程，因此不需要为每个新建的连接创建或者销毁线程
3.优化与执行：
    mysql会解析查询，并创建内部数据结构（解析树），然后对其进行各种优化，包括重写查询，决定表的读取顺序，以及选择合适的索引，用户可以根据特殊关键字提示（hint）优化器，影响它的决策过程，也可以用
    优化器解释器（explain）优化过程的各个因素，使用户知道服务器如何进行优化决策以及提供一个参考基准。

二.并发控制：
    mysql在两个层面进行并发控制：服务器层和存储引擎层
1.读写锁：读写锁是解决多线程下的脏数据问题，读锁（read lock）是共享的、写锁（write lock）是排他的。
2.锁粒度：给定的资源上，锁定的数据量越小，则系统的并发程度越高。问题是加锁也会消耗资源，锁的各种操作（获得锁、检查锁、释放锁），都会增加系统开销。
3.锁策略：就是在锁的开销和数据安全性直接寻求平衡。大多数商业数据库系统没有提供更多选择，一般都是在表上施加行锁（row-level lock），而mysql则提供多种选择，每种mysql引擎都可以实现自己的锁策略和
      锁粒度。mysql主要有两种重要的锁策略：表锁（table lock）、行级锁（row lock）
      
      表锁：表锁是mysql最基本的锁策略，也是开销最小的策略。它会锁定整张表，一个用户对表进行CUD操作时，需要先获取写锁，这会阻塞其它用户对改表的读写操作。
      行级锁：行级锁可以最大程度支持并发处理（同时也带来了最大的锁开销）.

三.事务
    事务就是一组原子性的SQL查询，或者说一个独立的工作单元。执行一组的语句，要么全成功，要么全失败。
1.ACID：原子性（atomicity）、一致性(consistency)、隔离性(isolation)、持久性(durability)，一个运行良好的事务处理系统，必须具备这些标准特征
    
    原子性：一个事务必须要被视为一个不可分割的最小工作单元，整个事务操作必须全成功或失败回滚。
    一致性：数据库总是从一个一致性的状态转换到另一个一致性的状态。
    隔离性：一个事务最终提交前，对其它事务时不可见的。
    持久性：一旦事务提交，则所修改的数据会永久保存在数据库中，此时即使系统崩溃，修改的数据也不会丢失。
2.隔离级别：SQL标准中定义了四种隔离级别，每种级别都规定了一个事务所做的修改，哪些在事务内和事务间是可见的，哪些是不可见的，较低级别的隔离通常可以执行更高的并发，系统开销更小。
    
    READ UNCOMMITTED(未提交读):事务中的修改，即使未提交，对其它事务也是可见的。事务读取未提交的数据，被称为脏读（Dirty read）
    READ COMMITTED(提交读)：一个事务从开始直到提交前，只能“看见”已经提交的事务所做的修改。这个级别的可能两次执行同样操作，得到不一样结果，被称为不可重复读（Nonrepeatable read）
    REPEATABLE READ(可重复读)：该级别保证了在同一个事务中多次读取通用的记录结果是一致的，但当某个事务在读取某个范围内的记录时，另外一个事务又在该范围内插入了新数据，当之前事务再次读取该范围，会出现幻读（Phantom read）
    SERIALIZABLE(可串行化)：强制事务串行处理，在读取每一行数据上都加锁，可能会导致大量超时和锁争用的情况。

3.死锁：死锁是指两个或者多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方占有的资源，从而导致恶性循环。

4.事务日志：使用事务日志，存储引擎在修改表的数据时只需要修改其内存拷贝，再把该修改行为持久化到硬盘上，目前大多数存储引擎都是这样实现的，我们称为预写式日志，修改日志需要写两次磁盘。

5.mysql中的事务：mysql提供了两种事务型存储引擎，InnoDB和NDB Cluster。
    
    自动提交：mysql默认采用自动提交模式，如果不是显式开始一个事务，则每个查询都被当作一个事务提交。可以设置AUTOCOMMIT变量启用或者禁用自动提交模式
    在事务中混合使用存储引擎：如果在事务中混合使用事务和非事务型的表（InnoDB和MyISAM）,正常情况下没有问题，如果出现事务回滚，则非事务型的表无法撤销，mysql不会提醒也没有报错，这会导致数据不一致
    隐式和显式锁定：InnoDB采用两阶段锁定协议，在事务执行过程中随时可以锁定，锁只有执行了commit或者rollback才会释放，InnoDB会根据事务隔离级别在需要的时候加锁。另外InnoDB也支持显式锁定，如：
            select ...lock in share mode
            select ...for update
            mysql也支持LOCK TABLES 和 UNLOCK TABLES语句，这是服务器层实现的，和存储引擎无关，如果需要应用到事务，还是应该选择事务型存储引擎

四、多版本并发控制
    mysql的大多数事务型存储引擎都不是简单的行级锁，基于并发性能考虑，一般都实现了多版本并发控制（MVCC），其它数据库（oracle、postgreSQL）也实现了MVCC，但各自实现机制不同。

1.MVCC:可以认为是行级锁的一个变种，但是它很多情况下避免了加锁操作，因此开销更低，实现了非阻塞的读操作，写操作也只锁定必要的行。

2.MVCC实现：通过保存数据在某个时间点的快照实现的，也就是说，不管需要执行多长时间，每个事务看到的数据都是一致的。根据事务开始的时间不同，每个事务对同一张表，同一时刻看到的数据可能是不同的。
        InnoDB的MVCC，是通过在每行记录后面保存两个隐藏列来实现的，这两个列，一个保存了行创建时间（版本号），一个保存行过期（删除）时间（版本号）。每开始一个事务，版本号会自动递增，事务开始时刻的
        系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询到的每行记录的版本号比较。

3.MVCC具体操作：
    
    SELECT:InnoDB会根据以下两个条件检查每行记录：
        a.InnoDB只查找行版本号小于或等于当前事务版本的数据行，这样确保事务读取的行，要么是在事务开始前已存在，要么是事务自身插入或修改过的。
        b.行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号，这样可以确保事务读取的行，在事务开始前未被删除。
    
    INSERT:InnoDB为新插入每一行保存当前系统版本号为行版本号

    DELETE:InnoDB为删除的每一行保存当前系统版本号为行版本号

    UPDATE:InnoDB为插入一行新纪录，保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来行作为行删除标识

4.MVCC作用级别：MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTED两个隔离级别下工作，其它两个隔离级别和MVCC不兼容，因为READ UNCOMMITTED总是读取最新的数据行，而不符合当前事务版本的数据行，而SERIALIZABLE则对所有读取操作加锁。

五、MYSQL的存储引擎
    
1.InnoDB:mysql默认引擎，它被设计用来处理大量短期事务，短期事务大部分情况都是正常提交的，很少回滚。InnoDB的性能和自动崩溃修复功能，使得它在非事务存储的需求中也很流行。
2.MyISAM：mysql5.1以前的默认存储引擎，不支持行级锁和事务，崩溃后无法修复。可应用在表创建并导入数据后，不会进行修改的场景。