读《高性能MySQL》笔记---MySQL架构

基本架构

• 第一层：的客户端所包含的服务包括连接处理、身份验证、确保安全性等。
• 第二层：是核心功能层，包括查询解析、分析、优化、以及所有的内置函数（例如，日期、时间、数学和加密函数），所有跨存储引擎的功能也都在这一层实现：存储过程、触发器、视图等。
• 第三层：是存储引擎层。存储引擎负责MySQL中数据的存储和提取。

默认情况下,每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程,该连接的查询只会在这个单独的线程中执行,该线程驻留在一个内核或者CPU上核心或者CPU中运行。服务器会负责缓存线程，因此不需要为每一个新建的连接创建或者销毁线程。MySQL提供了一个API,支持线程池，可以使用池中少量的线程来服务大量的连接。

锁

读写锁和排他锁

资源上的读锁是共享的，或者说是相互不阻塞的，多个客户端可以同时读取同一个资源而互不干扰。写锁则是排他的，一个写锁既会阻塞读锁也会阻塞其他的写锁，这是出于安全策略的考虑，只有这样才能确保在特定的时间点只有一个客户端能执行写入，并防止其他客户端读取正在写入的资源。

行锁和表锁

表锁(table lock)是MySQL中最基本也是开销最小的锁策略，它会锁定整张表。当客户端想对表进行写操作（插入、删除、更新等）时，需要先获得一个写锁，这会阻塞其他客户端对该表的所有读写操作。只有没有人执行写操作时，其他读取的客户端才能获得读锁，读锁之间不会相互阻塞。表锁有一些变体，可以在特定情况下提高性能。例如，READ LOCAL表锁支持某些类型的并发写操作。写锁队列和读锁队列是分开的，但写锁队列的优先级绝对高于读队列。
使用行级锁(row lock)可以最大程度地支持并发处理（也带来了最大的锁开销）。回到电子表格的类比，行级锁等同于锁定电子表格中的某一行。这种策略允许多人同时编辑不同的行，而不会阻塞彼此。这使得服务器可以执行更多的并发写操作，带来的代价则是需要承担更多开销，以跟踪谁拥有这些行级锁、已经锁定了多长时间、行级锁的类型，以及何时该清理不再需要的行级锁。行级锁是在存储引擎而不是服务器中实现的。服务器通常不清楚存储引擎中锁的实现方式。

事务

ACID

除非系统通过严格的ACID测试，否则空谈事务的概念是不够的。ACID代表原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔离性(isolation)和持久性(durability)。一个确保数据安全的事务处理系统，必须满足这些密切相关的标准。
原子性(atomicity)一个事务必须被视为一个不可分割的工作单元，整个事务中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。对于一个事务来说，不可能只执行其中的一部分操作，这就是事务的原子性。
一致性(consistency)数据库总是从一个一致性状态转换到下一个一致性状态。在前面的例子中，一致性确保了，即使在执行第3、4条语句之间时系统崩溃，支票账户中也不会损失200美元。如果事务最终没有提交，该事务所做的任何修改都不会被保存到数据库中。
隔离性(isolation)通常来说，一个事务所做的修改在最终提交以前，对其他事务是不可见的，这就是隔离性带来的结果。在前面的例子中，当执行完第3条语句、第4条语句还未开始时，此时有另外一个账户汇总程序开始运行，其看到的支票账户的余额并没有被减去200美元。后面我们讨论隔离级别(isolation level)的时候，会发现为什么我们要说“通常来说”是不可见的。
持久性(durability)一旦提交，事务所做的修改就会被永久保存到数据库中。此时即使系统崩溃，数据也不会丢失。
ACID事务和InnoDB引擎提供的保证是MySQL中最强大、最成熟的特性之一。虽然它们在吞吐量方面做了一定的权衡，但如果应用得当，就可以避免在应用层实现大量复杂逻辑。

隔离级别

READ UNCOMMITTED（未提交读）
在READ UNCOMMITTED级别，在事务中可以查看其他事务中还没有提交的修改。读取未提交的数据，也称为脏读(dirty read)。
READ COMMITTED（提交读）
大多数数据库系统的默认隔离级别是READ COMMITTED（但MySQL不是）。READ COMMITTED满足前面提到的隔离性的简单定义：一个事务可以看到其他事务在它开始之后提交的修改，但在该事务提交之前，其所做的任何修改对其他事务都是不可见的。这个级别仍然允许不可重复读(nonrepeatable read)，这意味着同一事务中两次执行相同语句，可能会看到不同的数据结果。
REPEATABLE READ（可重复读）
解决了不可重复读问题，保证了在同一个事务中多次读取相同行数据的结果是一样的。但是理论上，可重复读隔离级别还是无法解决另外一个幻读(phantom read)的问题。所谓幻读，指的是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的记录，当之前的事务再次读取该范围的记录时，会产生幻行(phantom row)。InnoDB和XtraDB存储引擎通过多版本并发控制(MVCC，Multiversion Concurrency Control)解决了幻读的问题。REPEATABLE READ是MySQL默认的事务隔离级别。
SERIALIZABLE（可串行化）
SERIALIZABLE是最高的隔离级别。该级别通过强制事务按序执行，使不同事务之间不可能产生冲突，从而解决了前面说的幻读问题。简单来说，SERIALIZABLE会在读取的每一行数据上都加锁，所以可能导致大量的超时和锁争用的问题。实际应用中很少用到这个隔离级别，除非需要严格确保数据安全且可以接受并发性能下降的结果。

死锁

死锁是指两个或多个事务相互持有和请求相同资源上的锁，产生了循环依赖。当多个事务试图以不同的顺序锁定资源时会导致死锁。当多个事务锁定相同的资源时，也可能会发生死锁。
为了解决这个问题，数据库系统实现了各种死锁检测和锁超时机制。
InnoDB目前处理死锁的方式是将持有最少行级排他锁的事务回滚（这是一种最容易回滚的近似算法）。

MySQL中的事务

理解AUTOCOMMIT

默认情况下，单个INSERT、UPDATE或DELETE语句会被隐式包装在一个事务中并在执行成功后立即提交，这称为自动提交(AUTOCOMMIT)模式。通过禁用此模式，可以在事务中执行一系列语句，并在结束时执行COMMIT提交事务或ROLLBACK回滚事务。
在当前连接中，可以使用SET命令设置AUTOCOMMIT变量来启用或禁用自动提交模式。启用可以设置为1或者ON，禁用可以设置为0或者OFF。如果设置了AUTOCOMMIT=0，则当前连接总是会处于某个事务中，直到发出COMMIT或者ROLLBACK，然后MySQL会立即启动一个新的事务。此外，当启用AUTOCOMMIT时，也可以使用关键字BEGIN或者START TRANSACTION来开始一个多语句的事务。修改AUTOCOMMIT的值对非事务型的表不会有任何影响，这些表没有COMMIT或者ROLLBACK的概念。
还有一些命令，当在活动的事务中发出时，会导致MySQL在事务的所有语句执行完毕前提交当前事务。这些通常是进行重大更改的DDL命令，如ALTER TABLE，但LOCK TABLES和其他一些语句也具有同样的效果。MySQL可以通过执行SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL命令来设置隔离级别。新的隔离级别会在下一个事务开始的时候生效。可以在配置文件中设置整个服务器的隔离级别，也可以只改变当前会话的隔离级别：

建议最好在服务器级别设置最常用的隔离，并且只在显式情况下修改。MySQL可以识别所有4个ANSI标准的隔离级别，InnoDB也支持这些隔离级别。

隐式锁定和显式锁定

InnoDB使用两阶段锁定协议(two-phase locking protocol)。在事务执行期间，随时都可以获取锁，但锁只有在提交或回滚后才会释放，并且所有的锁会同时释放。前面描述的锁定机制都是隐式的。InnoDB会根据隔离级别自动处理锁。另外，InnoDB还支持通过特定的语句进行显式锁定，这些语句不属于SQL规范：

MySQL还支持LOCK TABLES和UNLOCK TABLES命令，这些命令在服务器级别而不在存储引擎中实现。如果需要事务，应该使用支持事务的存储引擎。因为InnoDB支持行级锁，所以没必要使用LOCK TABLES。因此，本书建议，除了在禁用AUTOCOMMIT的事务中可以使用之外，其他任何时候都不要显式地执行LOCK TABLES，不管使用的是什么存储引擎。

MVCC多版本并发控制

MVCC是行级锁的一个变种，但是它在很多情况下避免了加锁操作，因此开销更低。根据其实现方式，不仅实现了非阻塞的读操作，写操作也只锁定必要的行。MVCC的工作原理是使用数据在某个时间点的快照来实现的。这意味着，无论事务运行多长时间，都可以看到数据的一致视图，也意味着不同的事务可以在同一时间看到同一张表中的不同数据！每个存储引擎实现MVCC的方式都不同。其中一些变体包括乐观并发控制和悲观并发控制。我们可以通过下图所示的序列图解释InnoDB的行为，以此来展示MVCC的一种实现方式。

InnoDB通过为每个事务在启动时分配一个事务ID来实现MVCC。该ID在事务首次读取任何数据时分配。在该事务中修改记录时，将向Undo日志写入一条说明如何恢复该更改的Undo记录，并且事务的回滚指针指向该Undo日志记录。这就是事务如何在需要时执行回滚的方法。
当不同的会话读取聚簇主键索引记录时，InnoDB会将该记录的事务ID与该会话的读取视图进行比较。如果当前状态下的记录不应可见（更改它的事务尚未提交），那么Undo日志记录将被跟踪并应用，直到会话达到一个符合可见条件的事务ID。这个过程可以一直循环到完全删除这一行的Undo记录，然后向读取视图发出这一行不存在的信号。
事务中的记录可以通过在记录的“info flags”中设置“deleted”位来删除。这在Undo日志中也被作为“删除标记”进行跟踪。
值得注意的是，所有Undo日志写入也都会写入Redo日志，因为Undo日志写入是服务器崩溃恢复过程的一部分，并且是事务性的。这些Redo日志和Undo日志的大小也是高并发事务工作机制中的重要影响因素。
在记录中保留这些额外信息带来的结果是，大多数读取查询都不再需要获取锁。它们只是尽可能快地读取数据，确保仅查询符合条件的行即可。缺点是存储引擎必须在每一行中存储更多的数据，在检查行时需要做更多的工作，并处理一些额外的内部操作。
MVCC仅适用于REPEATABLE READ和READ COMMITTED隔离级别。READ UNCOMMITTED与MVCC不兼容，是因为查询不会读取适合其事务版本的行版本，而是不管怎样都读最新版本。SERIALIZABLE与MVCC也不兼容，是因为读取会锁定它们返回的每一行。

InnoDB引擎

InnoDB是MySQL的默认事务型存储引擎，它是为处理大量短期事务而设计的，这些事务通常是正常提交的，很少会被回滚。InnoDB的性能和自动崩溃恢复特性，使得它在非事务型存储需求中也很流行。
InnoDB使用MVCC来实现高并发性，并实现了所有4个SQL标准隔离级别。InnoDB默认为REPEATABLE READ隔离级别，并且通过间隙锁(next-key locking)策略来防止在这个隔离级别上的幻读：InnoDB不只锁定在查询中涉及的行，还会对索引结构中的间隙进行锁定，以防止幻行被插入。

如何选择合适的引擎？

影响因素

● 事务
有事务需求使用InnoDB
● 备份
需要在线热备份，使用InnoDB
● 崩溃恢复
崩溃快速修复，使用InnoDB
● 特有的特性
根据不同的引擎特点选择

不同场景选择的引擎

● 日志型应用
选择MyISAM
● 只读或者大部分情况下只读
不介意崩溃恢复问题，可以使用MyISAM,数据量大的时候，使用InnoDB
● 订单处理
InnoDB
● 电子公告牌或者主题讨论论坛
MyISAM