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【图灵MySQL】SQL底层执行原理详解

news 来源：原创 2024/5/20 1:26:12

【图灵MySQL】SQL底层执行原理详解

MySQL的内部组件结构

图解MySQL架构

大体来说，MySQL 可以分为 Server层和存储引擎层（支持 “插拔”）两部分。

Server层

主要包括连接器、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。

Store层

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。也就是说如果我们在create table时不指定表的存储引擎类型,默认会给你设置存储引擎为InnoDB。

创建表指定存储引擎的DDL如下：

CREATE TABLE TEST (
  id int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  name varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=9 DEFAULT CHARSET=utf8;

关于存储引擎的问题在上一篇文章中已经提到过了！这一章节只要是讲解Server层的各种组件。

连接器

MySQL是开源的，他有非常多种类的客户端，例如：navicat、shell、jdbc、SQLyog等非常丰富的客户端，这些客户端要向MySQL发起通信都必须先跟Server端建立通信连接，而建立连接的工作就是有连接器完成的。

我们现在通过命令行窗口的方式来连接MySQL，并阐述其底层的运行原理。

查看 | 启动MySQL服务

我们可以通过windows的cmd命令来启动MySQL的服务

# 查看windows启动了那些服务
net start

# 启动mysql服务
net start mysql80

# 关闭mysql服务
net stop mysql80

说明MySQL服务已经启动了（一般在Windows中，默认安装mysql后，其服务都是开机自启的）

注：如果启动的时候，报拒绝访问，那就是权限的问题，搜索框输入cmd，然后右键 “以管理员身份运行” 即可。

建立MySQL连接

# 标准语法 
# mysql -h host[数据库地址] -u root[用户] -p root[密码] -P 3306
mysql -u root -p

连接命令中的 mysql 是客户端工具，用来跟服务端建立连接。

在完成经典的 TCP 握手后，连接器就要开始认证你的身份，这个时候用的就是你输入的用户名和密码。

1、如果用户名或密码不对，你就会收到一个"Access denied for user"的错误，然后客户端程序结束执行。

2、如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。之后，这个连接里面的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。

这就意味着，一个用户成功建立连接后，即使你用管理员账号对这个用户的权限做了修改，也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后，只有再新建的连接才会使用新的权限设置。

用户的权限表在系统表空间的 mysql库中的user表 中。

创建新用户

CREATE USER 'Harmony'@'%' IDENTIFIED BY '888888';

赋权限，%表示所有(host)

grant all on *.* to 'Harmony'@'%';

刷新数据库

flush privileges;

修改密码

ALTER USER 'Harmony'@'%' IDENTIFIED BY '123456';

查看权限

show grants for Harmony@"%";

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，在 show processlist 命令中看到它。

其中的 Command 列显示为“Sleep”的这一行，就表示现在系统里面有一个空闲连接，可以使用 kill 命令（Id号）来关闭连接。

客户端如果长时间不发送command到Server端，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。

show global variables like "wait_timeout";

# 设置全局服务器关闭非交互连接之前等待活动的秒数
set global wait_timeout=28800;

如果在连接被断开之后，客户端再次发送请求的话，就会收到一个错误提醒：

Lost connection to MySQL server during query

这时候如果你要继续，就需要重连，然后再执行请求了。

在数据库里面，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。

开发当中我们大多数时候用的都是长连接，把连接放在Pool内进行管理，但是长连接有些时候会导致 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。

怎么解决这类问题呢？

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。

查询缓存（鸡肋）

这个功能很鸡肋，mysql8.0已经移除了查询缓存功能。

常用的一些操作

show databases;   # 显示所有数据库
use dbname;       # 打开数据库：
show tables;      # 显示数据库mysql中所有的表；
describe user;    # 显示表mysql数据库中user表的列信息）；

连接建立完成后，你就可以执行 select 语句了。

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SQL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。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。

但是大多数情况查询缓存就是个鸡肋！

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。因此很可能你费劲地把结果存起来，还没使用呢，就被一个更新全清空了。对于更新压力大的数据库来说，查询缓存的命中率会非常低。

所以，一般建议大家在静态表里使用查询缓存。

什么叫静态表呢？就是一般我们极少更新的表。比如，一个系统配置表、字典表，那这张表上的查询才适合使用查询缓存。

MySQL 也提供了这种“按需使用”的方式。

你可以将 my.cnf 参数 query_cache_type 设置成 DEMAND

query_cache_type 有3个值。0 代表关闭查询缓存OFF，1 代表开启ON，2（DEMAND）代表当sql语句中有SQL_CACHE关键词时才缓存。

修改 my.cnf文件 里的 query_cache_type 值

query_cache_type=2

这样对于默认的 SQL 语句都不使用查询缓存。而对于你确定要使用查询缓存的语句，可以用 SQL_CACHE 显式指定，像下面这个语句一样：

select SQL_CACHE * from test where ID=1；

查看当前MySQL实例是否开启缓存机制

show global variables like "%query_cache_type%";

监控查询缓存的命中率

show status like'%Qcache%';  # 查看运行的缓存信息

由于我的MySQL是8.0版本的，是看不到结果的，因为MySQL缓存在8.0的版本已经被废除了~~~

这里找了一张网图~~~

Qcache_free_blocks：表示查询缓存中目前还有多少剩余的blocks，如果该值显示较大，则说明查询缓存中的内存碎片过多了，可能在一定的时间进行整理。
Qcache_free_memory：查询缓存的内存大小，通过这个参数可以很清晰的知道当前系统的查询内存是否够用，是多了，还是不够用，DBA可以根据实际情况做出调整。
Qcache_hits：表示有多少次命中缓存。我们主要可以通过该值来验证我们的查询缓存的效果。数字越大，缓存效果越理想。
Qcache_inserts: 表示多少次未命中然后插入，意思是新来的SQL请求在缓存中未找到，不得不执行查询处理，执行查询处理后把结果insert到查询缓存中。这样的情况的次数，次数越多，表示查询缓存应用到的比较少，效果也就不理想。当然系统刚启动后，查询缓存是空的，这很正常。
Qcache_lowmem_prunes：该参数记录有多少条查询因为内存不足而被移除出查询缓存。通过这个值，用户可以适当的调整缓存大小。
Qcache_not_cached: 表示因为query_cache_type的设置而没有被缓存的查询数量。
Qcache_queries_in_cache：当前缓存中缓存的查询数量。
Qcache_total_blocks：当前缓存的block数量。