MySQL进阶45讲【1】基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的？

傷城~ 2024-05-07 17:03 79阅读 0赞

## 1 前言 ##

我们经常说，看一个事儿千万不要直接陷入细节里，应该先鸟瞰其全貌，这样能够帮助你从高维度理解问题。同样，对于MySQL的学习也是这样。平时我们使用数据库，看到的通常都是一个整体。比如，有个最简单的表，表里只有一个ID字段，在执行下面这个查询语句时:

select * from T where ID=10;

我们看到的只是输入一条语句，返回一个结果，却不知道这条语句在MySQL内部的执行过程。

所以今天想和大家一起把MySQL拆解一下，看看里面都有哪些“零件”，希望借由这个拆解过程让大家对MySQL有更深入的理解。这样当我们碰到MySQL的一些异常或者问题时，就能够直戳本质，更为快速地定位并解决问题。

下面给出的是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。

![在这里插入图片描述][0c9aded90b144be095564b01ed14ab1c.png]

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。

而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、MMSAM、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，执行create table建表的时候，如果不指定引擎类型，默认使用的就是InnoDB。不过，也可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎，比如在create table语句中使用engine=memory,来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不同，支持的能也不同，在后面的文章中，我们会讨论到引擎的选择。

从图中不难看出，不同的存储引警共用一个Server层，也就是从连接器到执行器的部分。大家可以先对每个组件的名字有个印象，接下来会结合开头提到的那条SQL语句，带大家走一遍整个执行流程，依次看下每个组件的作用。

## 2 连接器 ##

第一步，首先要连接到这个数据库上，这时候就需要用到连接器。连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的:

mysql -h$ip -P$port -u$user -p

输完命令之后，就需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在-p后面写在命令行中，但这样可能会导致密码泄露。如果连的是生产服务器，强烈建议不要这么做。

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身份，这个时候就需要输入用户名和密码。

*  如果用户名或密码不对，就会收到一个"Access denied for user"的错误，然后客户端程序结束执行。
 *  如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出用户拥有的权限。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。

连接完成后，如果没有后续的动作，这个连接就处于空闲状态，可以在show processlist命令中看到它。下方是show processlist的结果，其中的Command列显示为“Sleep”的这行，就表示现在系统里面有一个空闲连接。

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。

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 connectionto MySQL server during query。这时候如果要继续，就需要重连，然后再执行请求了

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。

但是全部使用长连接后，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。

怎么解决这个问题呢? 可以考虑以下两种方案。

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.  如果用的是MySQL5.7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

## 3 查询缓存 ##

连接建立完成后，就可以执行select语句了。执行逻辑就会来到第二步: 查询缓存。

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。如果查询的语句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。

**但是大多数情况下建议不要使用查询缓存，为什么呢?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。因此很可能我们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。除非业务就是有一张静态表，很长时间才会更新一次。比如，一个系统配置表，那这张表上的查询才适合使用查询缓存。

好在MySQL也提供了这种“按需使用”的方式。可以将参数query\_cache\_type设置成DEMAND，这样对于默认的SQL语句都不使用查询缓存。而对于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 T where ID=10;

需要注意的是，MySQL 8.0版本直接将查询缓存的整块功能删掉了，也就是说8.0开始彻底没有这个功能了。

## 4 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需要知道我们要做什么，因此需要对SQL语句做解析

分析器先会做“词法分析”。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,判断输入的这个SQL语句是否满足MySQL语法。

如果输入的语句不对，就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒，比如下面这个语句select少打了开头的字母“s”

mysql> elect * from t where ID=1;
    ERROR 1064 (42000): 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 'elect * from t where ID=1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以要关注的是紧接“use near”的内容

## 5 优化器 ##

经过了分析器，MySQL就知道我们要做什么了。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，决定各人表的连接顺序。比如执行下面这样的语句，这个语句是执行两个表的ioin:

select * from tl join t2 using(ID) where t1.c=10 and t2.d=20;

*  既可以先从表t1里面取出C=10的记录的ID值，再根据ID值关联到表t2，再判断t2里面d的值是否等于20。
 *  也可以先从表t2里面取出d=20的记录的ID值，再根据ID值关联到t1，再判断t1里面C的值是否等于10。

这两种执行方法的逻辑结果是一样的，但是执行的效率会有不同，而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。

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。如果还有一些疑问，比如优化器是怎么选择索引的，有没有可能选择错等等，没关系，会在后面的文章中单独展开说明优化器的内容

## 6 执行器 ##

MySQL通过分析器知道了我们要做什么，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。

mysql> select * from T where ID=10;
    ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'a'localhost' for table 'T'