01 | 一条 SQL 查询语句是如何执行的？

以下内容出自 《MySQL 实战 45 讲》

一条 SQL 查询语句是如何执行的？

下面是 MySQL 的基本架构示意图，从中可以清楚地看到 SQL 语句在 MySQL 的各个功能模块中的执行过程。

大体来说，MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分。

• Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能，以及所有的内置函数（如日期、时间、数学和加密函数等），所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图等。
• 存储引擎层负责 数据的存储和提取。其架构模式是插件式的，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB，它从 MySQL 5.5.5 版本开始成为了默认存储引擎。

InnoDB 和 MyISAM 区别：

1、InnoDB 支持事务，而 MyISAM 不支持事务

2、InnoDB 支持行级锁，而 MyISAM 支持表级锁

3、InnoDB 支持 MVCC, 而 MyISAM 不支持

4、InnoDB 支持外键，而 MyISAM 不支持

5、InnoDB 不支持全文索引，而 MyISAM 支持。(MySQL5.6 以后，InnoDB 已经可以支持全文索引了)

连接器

连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。

连接完成后，如果你没有后续的动作，这个连接就处于空闲状态，你可以在 show processlist 命令中看到它。

客户端如果太长时间没动静，连接器就会自动将它断开。这个时间是由参数 wait_timeout 控制的，默认值是 8 小时(28800 秒)。

 show variables like 'wait_timeout';

数据库里面，长连接是指连接成功后，如果客户端持续有请求，则一直使用同一个连接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接，下次查询再重新建立一个。

建立连接的过程通常是比较复杂的，所以建议在使用中要尽量减少建立连接的动作，也就是 尽量使用长连接（通过数据库连接池维护一些长连接）。

但是全部使用长连接后，可能会出现有些时候 MySQL 占用内存涨得特别快，这是因为 MySQL 在执行过程中临时使用的 内存是管理在连接对象里面的。这些资源会在连接断开的时候才释放。所以如果长连接累积下来，可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉（OOM），从现象看就是 MySQL 异常重启 了。

解决方法：

1、定期断开长连接。使用一段时间，或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后，断开连接，之后要查询再重连。

2、如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行 mysql_reset_connection 来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证，但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

MySQL :: MySQL 8.0 C API Developer Guide :: 5.4.62 mysql_reset_connection()

mysql_reset_connection() 影响以下与会话状态相关的信息：

• 回滚活跃事务并重新设置自动提交模式
• 释放所有的表锁
• 关闭或删除所有的临时表
• 重新初始化会话的系统变量值
• 丢失用户定义的变量设置
• 释放 prepared 语句
• 关闭 handler 变量
• 将 last_insert_id() 的值设置为 0
• 释放 get_lock() 获取的锁
• 清空通过 mysql_bind_param() 调用定义的当前查询属性 返回值： 0 表示成功，非 0 表示发生了错误。

查询缓存

连接建立完成后，执行逻辑就会来到第二步：查询缓存。

建立连接后，语句会同时传给查询缓存和分析器，如果能在缓存中匹配到该语句，则会直接返回其 value,执行器里的该语句停止运行，如果缓存中没有匹配到，则分析器继续执行，到执行器才会真正被执行。（看上图连接器往下走的两个箭头）

MySQL 拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式，被直接缓存在内存中。key 是查询的语句，value 是查询的结果。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key，那么这个 value 就会被直接返回给客户端。

如果语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行阶段。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。你可以看到，如果查询命中缓存，MySQL 不需要执行后面的复杂操作，就可以直接返回结果，这个效率会很高。

多数情况下，不建议使用查询缓存，因为查询缓存往往弊大于利。

查询缓存的失效非常频繁，只要有对一个表的更新，这个表上所有的查询缓存都会被清空。对于更新频繁的数据来说，查询缓存的命中率会非常低。

MySQL 也提供了按需使用的方式，可以将参数 query_cache_type 设置为 DEMAND ，这样对默认的 SQL 语句都不使用查询缓存。对于确定要使用查询缓存的语句，可以用 SQL_CACHE 显式指定。

mysql> select SQL_CACHE * from T where ID=10；

• query_cache_type=0/OFF：关闭查询缓存。
• query_cache_type=1/ON：开启查询缓存。
• query_cache_type=2/DEMAND: 当使用 SELECT SQL_CACHE会开启缓存

have_query_cache 表示这个mysql版本是否支持查询缓存。

query_cache_limit 表示单个结果集所被允许缓存的最大值。

query_cache_min_res_unit 每个被缓存的结果集要占用的最小内存。

query_cache_size 用于查询缓存的内存大小。

Qcache_free_memory 查询缓存目前剩余空间大小。

Qcache_hits 查询缓存的命中次数。

Qcache_inserts 查询缓存插入的次数(未命中数)

The query cache is deprecated as of MySQL 5.7.20, and is removed in MySQL 8.0.

MySQL :: MySQL 8.0: Retiring Support for the Query Cache

1.命中率比较低

2.要进行多一次hash计算，key是sql语句的hash值(查询条件位置变动都可能导致hash值不一致)

3.内存消耗比较大

分析器

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。首先，MySQL 需要知道你要做什么，因此需要对 SQL 语句做解析。

分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句，MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么，代表什么。

MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来，这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”，把字符串“ID”识别成“列 ID”。

做完了这些识别以后，就要做“语法分析”。根据词法分析的结果，语法分析器会根据语法规则，判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

优化器

经过了分析器，MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前，还要先经过优化器的处理。

优化器是在表里面有多个索引的时候，决定使用哪个索引；或者在一个语句有多表关联（join）的时候，决定各个表的连接顺序。

优化器阶段完成后，这个语句的执行方案就确定下来了，然后进入执行器阶段。

执行器

MySQL 通过分析器知道了你要做什么，通过优化器知道了该怎么做，于是就进入了执行器阶段，开始执行语句。

开始执行的时候，要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误，如下所示 (在工程实现上，如果命中查询缓存，会在查询缓存返回结果的时候，做权限验证。查询也会在优化器之前调用 precheck 验证权限)。

权限验证不仅仅在执行器这部分会做，在分析器之后，也就是知道了该语句要“干什么”之后，也会先做一次权限验证。叫做 precheck。而 precheck 是无法对运行时涉及到的表进行权限验证的，比如使用了触发器的情况。因此在执行器这里也要做一次执行时的权限验证。

如果有权限，就打开表继续执行。打开表的时候，执行器就会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。

你会在数据库的慢查询日志中看到一个 rows_examined 的字段，表示这个语句执行过程中扫描了多少行。这个值就是在执行器每次调用引擎获取数据行的时候累加的。

在有些场景下，执行器调用一次，在引擎内部则扫描了多行，因此引擎扫描行数跟 rows_examined 并不是完全相同的。