本篇文章会分析一下一个 sql 语句在 MySQL 中的执行流程,包括 sql 的查询在 MySQL 内部会怎么流转,sql 语句的更新是怎么完成的。
在分析之前我会先介绍下 MySQL 的基础架构,知道了 MySQL 由哪些组件组成以及这些组件的作用是什么,可以帮助我们理解和解决这些问题。
从下图你可以很清晰的看到用户的 SQL 语句在 MySQL 内部是如何执行的。
先简单介绍一些组件的基本作用帮助大家理解这幅图
简单来说 MySQL 主要分为 Server 层和存储引擎层:
连接器主要和身份认证和权限相关的功能相关,就好比一个级别很高的门卫一样。负责用户登录数据库,进行用户的身份认证,包括校验账户密码,权限等操作。
查询缓存主要用来缓存我们所执行的 SELECT 语句以及该语句的结果集。
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。
但MySQL 查询不建议使用缓存,因为查询缓存失效在实际业务场景中可能会非常频繁,只要有对一个表的更新,那么这个表上所有的查询缓存都会被清空。对于不经常更新的数据来说,使用缓存还是可以的。
所以,一般在大多数情况下我们都是不推荐去使用查询缓存的。MySQL 8.0 版本后删除了缓存的功能。
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。那么就会进入分析器,分析器主要是用来分析 SQL 语句是来干嘛的,分析器也会分为几步:
第一步,词法分析,一条 SQL 语句有多个字符串和空格组成,MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么。比如 select,提出查询的表,提出字段名,提出查询条件等等。
例如输入:
select ID from T
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
做完这些操作后,就会进入第二步。
第二步,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。
完成这 2 步之后,MySQL 就准备开始执行了,但是如何执行,怎么执行是最好的结果呢?这个时候就需要优化器上场了。
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等。
可以说,经过了优化器之后可以说这个语句具体该如何执行就已经定下来。然后进入执行器阶段。
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。
当选择了执行方案后,MySQL 就准备开始执行了,首先执行前会校验该用户有没有权限,如果没有权限,就会返回错误信息,如果有权限,就会去调用引擎的接口,返回接口执行的结果。
通过上面的介绍大家应该对执行一条sql的基本流程已经清楚了,接下来详细介绍一条sql是如何执行的。我们的 sql 可以分为两种,一种是查询,一种是更新(增加,更新,删除)。我们先分析下查询语句,语句如下:
select * from sys_student A where A.age=18 and A.name='Bruce';
结合上面的说明,我们分析下这个语句的执行流程:
在连接器登录认证通过后,先检查该用户是否有权限,如果没有权限,直接返回错误信息,如果有权限,在 MySQL8.0 版本以前,会先查询缓存,以这条 sql 语句为 key 在内存中查询是否有结果,如果有直接缓存,如果没有,执行下一步。
通过分析器进行词法分析,提取 sql 语句的关键元素,比如提取上面这个语句是 select 查询操作,提取需要查询的表名为 sys_student ,需要查询所有的列,查询条件是这个表的 age=‘18’ and name=‘Bruce’。然后进行语法分析,判断这个 sql 语句是否有语法错误,比如关键词是否正确等等,如果检查没问题就执行下一步。
接下来就是优化器进行确定执行方案,上面的 sql 语句,可以有两种执行方案:
a.先查询学生表中姓名为“Bruce”的学生,然后判断是否年龄是 18。
b.先找出学生中年龄 18 岁的学生,然后再查询姓名为“Bruce”的学生。
那么优化器根据自己的优化算法进行选择执行效率最好的一个方案(优化器认为,有时候不一定最好)。那么确认了执行计划后就准备开始执行了。
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。开始执行前先进行权限校验,如果没有权限就会返回错误信息,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,返回引擎的执行结果。
以上就是一条查询 sql 的执行流程,那么接下来我们看看一条更新语句如何执行的呢?sql 语句如下:
update sys_student A set A.age=19 where A.name=' Bruce ';
我们来给Bruce修改下年龄,这条语句也基本上会沿着上一个查询的流程走,只不过执行更新的时候肯定要记录日志啦,这就会引入日志模块了,MySQL 自带的日志模块是 binlog(归档日志) ,所有的存储引擎都可以使用,我们常用的 InnoDB 引擎还自带了一个日志模块 redo log(重做日志),我们就以 InnoDB 模式下来探讨这个语句的执行流程。流程如下:
因为最开始 MySQL 里并没有 InnoDB 引擎。MySQL 自带的引擎是 MyISAM,但是
MyISAM 没有 crash-safe 的能力(crash-safe 的能力:即使数据库发生异常重启,之前提交的记录都不会丢失)。,binlog 日志只能用于归档(用于记录数据库执行的写入性操作信息,记载的是update/delete/insert这样的SQL语句,数据的逻辑变化)。而 InnoDB 是另一个公司以插件形式引入 MySQL 的,既然只依靠 binlog 是没有 crash-safe 能力的,所以 InnoDB使用另外一套日志系统——也就是 redo log 来实现 crash-safe 能力(redo log记载的是物理修改的内容:xxxx页修改了xxx。redo log的作用是为持久化而生的。写完内存,如果数据库挂了,那我们可以通过redo log来恢复内存还没来得及刷到磁盘的数据,将redo log加载到内存里边,那内存就能恢复到挂掉之前的数据了。)
并不是说只用一个日志模块不可以,只是 InnoDB 引擎就是通过 redo log 来支持事务的。
这是为了让两份日志之间的逻辑一致。
如果采用 redo log 两阶段提交的方式就不一样了,当写入redo log 处于prepare状态,binlog 也已经写完了,这个时候发生了异常重启MySQL 的处理过程如下:
这样就解决了数据一致性的问题。