浅谈Mysql数据库

一、为什么要使用数据库？

        使用一个东西，就要清楚它的功能价值，才能更好的利用它，使我们在工作生活中游刃有余。关于数据库的使用，好多人会说，一个数据库就是好多张表，那么为什么不使用如Excel的表格呢，作为Mysql的使用者，我们就必须清楚数据库区别于表格的地方，至少要对它有一点了解。

        1、首先，数据库的数据量是没有上限的，但是Excel表格却有。下面一组数据可以说明这个问题：

•  在2003年之前，一个Excel表格最大行数为65536行
•  在2007年之后，一个Excel表格的最大行数为1048576行

随着互联网越来越深入到人们生活的方方面面，市场的需求日益扩大，在大部分中大型公司甚至小公司的运营中，他们的业务数据量是千万甚至亿级的，如此庞大的数据信息，用Excel是不合适的，也是不现实的；虽然数据库单库行数过多时，存在性能上的问题，但是我们可以用过分库，分表，分布式，合理的索引等技术手段，来实现数据库的三高（高并发、高性能、高可用）。

        2、数据库具有完备的结构化查询语言，即sql语言，虽然Excel也有查询语言，但是性能却远远无法与sql相比。

3、数据库的服务化：数据库是面向软件的，这要区别于Excel，Excel是文件级别的，面向的始终是终端用户，而数据库只提供软件接口。

        4、支持事务：我们来看看事务的定义：事务是指是程序中一系列严密的逻辑操作，而且所有操作必须全部成功完成，否则在每个操作中所作的所有更改都会被撤消。可以通俗理解为：就是把多件事情当做一件事情来处理，好比大家同在一条船上，要活一起活，要完一起完 。事务是十分重要的，就好比如转账过程：小明和小王账户余额各为1000元，此时小明向小王转账500元，小王的账户应当加500，而小明的账户应当减500，这样子才算完成了转账，事务通过了，大家相安无事，如果中间出了什么问题，小明账户扣了500，但是小王的却没有加，那么就回滚到出现问题之前，两人账户都为1000元，这就是事务的作用，试想没有事务，那么会多出来多少纠纷呢？

        5、支持分布式，分布式是数据库的巨大潜力所在，数据库可以通过主备复制、高可用、分布式等形态，极大地提高性能。

二、软件的典型架构

        分析数据库的典型架构之前，我们先了解一下常见的软件设计架构：

• 分层架构：这是最广泛也是最常见的架构，通过层（Layer）来隔离不同的关注点（Concern Point），以此应对不同需求的变化，使得这种变化可以独立进行；此外，分层架构模式还是隔离业务复杂度与技术复杂度的利器，常见的三层架构：表现层--->业务层---->数据持久层(与数据库交互),平时我们开发Web应用就会经常用到分层的设计。
• 事件驱动架构：事件驱动架构模式是一种主流的异步分发事件架构模式，常用于设计高度可拓展的应用。事件驱动架构模式由高度解耦、单一目的的事件处理组件构成，这些组件负责异步接收和处理事件。如下图：

        通俗的讲:一个事件（Event）进入到事件通道（消息中间件）中，然后消息中间件再根据该事件的属性等特征，将其路由到事件进程中进行处理，然后响应结果给消息中间件，然后根据需要进行二次处理。

• 管道——过滤器架构：相当于一个事件、数据输入进入一个管道进行filter，多次的过滤处理，达到我们想要的结果，进行输出。如下图：

•  微核架构：主要依靠插件来实现功能，自己的内核是比较小型的，如IDEA，VScode。如图：

三、Mysql软件架构

        如图：  

        *其中InnoDB、MyISAM、Archive为存储引擎。 

       1、 分析架构：

• 对于上图的MySQL架构，我们可以看成五层，分别为客户端——>连接器——>server层（缓存、分析器、优化器及执行器）——>存储引擎——>文件系统，这是典型的分层架构；
• 横看成岭侧成峰，远近高低各不同，我们可以从sql的执行着手分析，这便是一个管道过滤器架构，客户端到连接器再到后面的分析器、优化器、执行器，最后通过存储引擎再到客户端，层层分析优化到执行落盘。
• 如果我们把连接器到执行器这一部分看做是MySQL的内核，将三种存储引擎当做插件，那么这便是一个微内核架构，存储引擎越多，功能越加强大，即使MySQL没有这些存储引擎，他也是能工作的，有了他们是锦上添花，更加强大丰富。

        2、对此总结：大型的软件并不是单一的架构，如MySQL可以看到分层、管道过滤器（责任链）、微内核等架构的集合。

 四、MySQL四种常见的存储引擎

        1、InnoDB：作为MySQL5.5.5版本之后默认的存储引擎，红的发紫，支持事务、外键、崩溃修复、并发控制等，也为MySQL在市场上的地位的保持提供了强有力的支持。

        2、MyISAM：MySQL5.5.5版本之前默认的存储引擎，插入、查询数据的速度快，性能好，也为它在数据的存储上采用了B+树结构，且不支持事务（功能越少，事情越少，当然也就比较快），而且该引擎的空间利用率较高。

        3、Memory：单词memory内存的意思，顾名思义，该引擎所有的数据都存在内存中，速度很快（不论是查询还是插入），但是数据安全性低，因为都在内存中，一旦设备断电损坏等，容易造成数据的丢失，从而造成不可估量的损失，所以在使用存储引擎时要评估风险，因业务性质制宜。

        4、Archive：数据压缩放进磁盘，空间利用率高，但不支持索引，这也导致了它插入数据快，取出数据慢，查询性能差。一般我们用它存放一些日志信息等不经常查询的数据。

五、客户端是如何连接MySQL数据库的

        1、常见的连接方式有很多种，这里举例四种：

• TCP/IP连接：MySQL在任何平台都提供的连接方式。
• 命名管道：Windows系统特有的连接方式，需要在同一台服务器才能进行通讯，开启方式为：--enable-named-pipe。
• 共享内存：开启方式：                                      

             服务端：--shared-memory

             客户端：--protocol=memory

• UNIX域套接字：开启方式：                                    

             客户端：-S=/tem/mysql.sock

             服务端：--socket=/tem/mysql.sock

        2、MySQL的TCP讯通协议基本过程：

         *过程分析：

• 认证连接：服务端向客户端发送握手初始化包——>客户端向服务端发送验证——>服务端向客户端发送认证结果消息。这个过程为什么是服务端先发送数据包呢？就好比如我们去饭店吃饭，服务员会先开口欢迎并询问吃什么，几个人一样，再由我们顾客来回答。
• 命令执行：客户端向服务端发送命令包（Command Packet）——>服务端向客户端发送回应包。
• 断开连接：客户端向服务器发送退出命令包

        3、MySQL TCP报文格式：

•  消息头（header）：三字节报文长度，一字节为序列号。
• 消息体（body）：一字节为指令其余为参数，即数据，例如切换数据库的指令为0X02、查询命令指令为0X03。
• 推荐抓包工具：wireshark网络分析器。

六、一条sql是如何执行的（步骤及其功能作用）？

1.   连接器：监听客户端请求，然后将请求指令转发给缓存（查询缓存）
2. 查询缓存：缓存是指之前执行过的语句以K-V键值对的形式存在内存中；数据表被删除后，会删除所有相关的缓存；所有在MySQL8.0之后，缓存功能由于性能的浪费被删除了。
3. 分析器：先做词法分析，分析该语句关键字（如SELECT、DELETE、JOIN、UPDATE等），再做句法分析，判断sql是否符合语法。
4. 优化器：主要工作为决定如何使用索引。
5. 执行器：主要工作为校验权限，以行作为粒度调用存储引擎；校验权限是校验此用户对目标数据是否有访问操作的权限；在没有索引时，执行器会循环查询所有行（索引对于性能的提高很重要）
6. 存储引擎（这里以InnoDB为例）：将指令落实在数据文件上。

完毕！谢谢耐心观看。