我所理解的MySQL之一：基础架构

今天MySQL教程栏目为大家介绍我所理解的基础架构。

从上图可以看到，与客户端的交互中，MySQL 的服务端分别经过了连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器和存储引擎这几部分。

下面就以一条简单的查询语句来描述 MySQL 服务端的各组成部分及它们所起的作用。

2.1 连接器

在客户端提交查询语句之前，需要与服务端建立连接。所以最先来到的是连接器，连接器的作用就是负责与客户端建立、管理连接，同时查询用户的权限。

需要注意的是：

• 连接器只获取用户的权限，并不做校验，校验是在查询缓存或执行器才进行。
• 一旦建立连接同时获取用户的权限之后，只有建立新的连接才会刷新用户权限。
• 对于长时间没有发送请求的客户端，连接器会自动断开连接。这里的「长时间」是由 wait_timeout 参数来决定的，它的默认值为8小时。

2.2 查询缓存

在经过连接器的建立连接、获取用户权限之后，接下来用户可以提交查询语句了。

最先经过的是查询缓存部分，由它的名字也能够猜到，查询缓存的作用就是查询 MySQL 是否执行过客户端提交的查询语句，如果这条 SQL 之前执行过，并且用户对该表有执行该语句的权限，就会直接返回之前执行的结果。

所以在某些时候，多次执行一句 SQL 并不能得到它的平均执行时间，因为查询缓存的关系，后面的执行时间往往比第一次执行要短。

如果你不想使用缓存，可以在每次查询后都用 update 语句更新表，当然这是非常麻烦并且憨的方法。MySQL也提供了相应的配置项—— query_cache_type，你可以在 my.cnf 文件中将 query_cache_type 设置为0以关闭查询缓存。

需要注意的是：

• 查询缓存部分是以 key-value 形式进行存储的，key 为查询语句，value 是查询结果。
• 当对数据表进行更新时，关于这张表的所有查询缓存都会失效，所以一般来说查询缓存的命中率是很低的。
• 在 MySQL 8.0 的版本中，查询缓存的功能已经被删除。

2.3 分析器

我使用的 MySQL 版本是5.7.21，所以客户端提交的查询语句会走查询缓存，如果没有命中，那么将继续往下走，来到分析器。

分析器会对提交的语句进行词法分析（解析语句）和语法分析（判断语句是否符合 MySQL 的语法规则），所以分析器的作用就是解析 SQL 语句并检查其合法性。

需要注意的是：

• MySQL 在检查 SQL 语句合法性时，仅会在最先不符合 MySQL 语法规则的地方提示错误，并不会将 SQL 语句中所有语法错误的地方全部展示。

举个例子：

select * form user_info limit 1; 

上面这句 SQL 有两个错误，第一是 from 拼写错误，第二是不存在 user_info 这张表，在执行之后，MySQL只会提醒一个错误，下面展示了三次执行 SQL 的结果信息。

第一次的执行信息：
1064 - You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near &＃39;form user_info limit 1&＃39; at line 1, Time: 0.000000s

修改为from后第二次的执行信息：1146 - Table &＃39;windfall.user_info&＃39; doesn&＃39;t exist, Time: 0.000000s

修改为 user 表后第三次的执行信息：
OK, Time: 0.000000s 

2.4 优化器

在校验了 SQL 语句的合法性之后，MySQL 已经知道用户提交的语句是干什么的了，但是在真正执行之前，还需要经过非常“玄学”的优化器。

最开始这两个指针都指向同一个节点，且节点日志元素都为空，表示此时 redo log 为空。当用户开始提交更新语句，write 节点开始往前移动，假设移动到3的位置。而此时的情况就是 redo log 中有1-3这三个日志元素需要被持久化到磁盘中，当 InnoDB 空闲时，read 指针往前移动，就代表着将 redo log 持久化到磁盘。

但这里有一种特殊情况，就是 InnoDB 一直没有空闲，write 指针一直在写入日志，直到它写到5的位置，再往前写又回到了最开始1的位置（也就是上图的位置，但不同的是链表节点中都存在日志数据）。

此时发现1的位置已经有日志数据了，同时 read 指针也在。那么这时候 write 指针就会暂停写入，InnoDB 引擎开始催动 read 指针移动，把 redo log 清空掉一部分之后再让 write 指针写入日志文件。

3.1.4 redo log 的作用

我们已经知道，redo log 中记录的是数据页的物理修改，所以 redo log 能够保证在数据库发生异常重启时，记录尚未写入磁盘，但是在重启后可以通过 redo log 来“redo”，从而不会发生记录丢失的情况，保证了事务的持久性。

这一能力也被称作 crash-safe。

3.2 归档日志 bin log

前面说到 redo log 是 InnoDB 特有的日志，而 bin log 则是属于 MySQL Server 层的日志，在默认的 Statement Level 下它记录的是更新语句的原始逻辑，即 SQL 本身。

另外需要注意的是：

• bin log 的日志文件大小并不固定，它是“追加写入”的模式，写完一个文件后会切换到下一个文件写入。
• bin log 没有 crash-safe 的能力。
• bin log 是在事务最终提交前写入的，而 redo log 是在事务执行中不断写入的。

3.2.1 bin log 的作用

与 redo log 不同的是，bin log 常用于恢复数据，比如说主从复制，从节点根据父节点的 bin log 来进行数据同步，实现主从同步。

3.3 两阶段提交

为了让 redo log 和 bin log 的状态保持一致，MySQL 使用两阶段提交的方式来写入 redo log 日志。

在执行器调用 InnoDB 引擎的接口将写入更新数据时，InnoDB 引擎会将本次更新记录到 redo log 中，同时将 redo log 的状态标记为 prepare，表示可以提交事务。

随后执行器生成本次操作的 bin log 数据，并写入 bin log 的日志文件中。

最后执行器调用 InnoDB 的提交事务接口，存储引擎把刚写入的 redo log 记录状态修改为 commit，本次更新结束。

在这个过程中有三个步骤 add redo log and mark as prepare -> add bin log -> commit，即：

1. 写入 redo log 日志并标记为 prepare
2. 写入 bin log
3. 提交事务

如果在第二个步骤，也就是写入 bin log 之前系统崩溃或重启，启动后由于 bin log 中没有记录，会将 redo log 中的记录回滚至执行本次更新语句前。

如果在第三个步骤前，也就是提交之前系统崩溃或重启，即便没有 commit 但是满足 redo log 中记录为 prepare 状态并且 bin log 中也有完整记录，在重启后会自动 commit，并不会回滚。

4. 小结

本文主要介绍 MySQL 的基础架构以及各个组成部分的功能，最后介绍了 MySQL Server 层的 bin log 和 InnoDB 特有的 redo log 这两种日志模块。

5. 温故知新

以下的几个问题是对本文所描述内容的提问，巩固知识，正所谓“温故而知新，可以为师矣”。

1. 如果查询语句中字段不存在、字段有歧义、关键字拼写错误，是由哪个部分报错？
2. 如果用户对表没有查询权限，是哪个部分报错？
3. 为什么 MySQL 的查询缓存会无效？
4. 一条 select 查询语句是如何执行的？
5. MySQL 常用的存储引擎有哪些？
6. MySQL 的日志模块有哪些？分别起到什么作用？
7. redo log 写满了怎么办？
8. 如何理解 redo log 的两阶段提交？

9. redo log 和 bin log 的区别？

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