探索MySQL底層原理的方方面面
目前大部分的后端開發(fā)人員對MySQL的理解可能停留在一個黑盒子階段。
對MySQL基本使用沒什么問題，比如建庫、建表、建索引，執(zhí)行各種增刪改查。
所有很多后端開發(fā)人員眼中的MySQL如下圖所示
導(dǎo)致在實際工作中碰到MySQL中死鎖異常、SQL性能太差、異常報錯等問題時，直接百度搜索。
然后跟著博客搗鼓就解決了，可能自己都沒搞明白里面的原理。
為了解決這種知其然而不知其所以然的問題，阿星的重學(xué)MySQL系列會帶著大家去探索MySQL底層原理的方方面面。
這樣大家碰到MySQL的一些異常或者問題時，能夠直戳本質(zhì)，快速地定位解決。
連接管理
系統(tǒng)（客戶端）訪問MySQL服務(wù)器前，做的第一件事就是建立TCP連接。
經(jīng)過三次握手建立連接成功后，MySQL服務(wù)器對TCP傳輸過來的賬號密碼做身份認(rèn)證、權(quán)限獲取。
用戶名或密碼不對，會收到一個Access denied for user錯誤，客戶端程序結(jié)束執(zhí)行 用戶名密碼認(rèn)證通過，會從權(quán)限表查出賬號擁有的權(quán)限與連接關(guān)聯(lián)，之后的權(quán)限判斷邏輯，都將依賴于此時讀到的權(quán)限
接著我們來思考一個問題
一個系統(tǒng)只會和MySQL服務(wù)器建立一個連接嗎？
只能有一個系統(tǒng)和MySQL服務(wù)器建立連接嗎？
當(dāng)然不是，多個系統(tǒng)都可以和MySQL服務(wù)器建立連接，每個系統(tǒng)建立的連接肯定不止一個。
所以，為了解決TCP無限創(chuàng)建與TCP頻繁創(chuàng)建銷毀帶來的資源耗盡、性能下降問題。
MySQL服務(wù)器里有專門的TCP連接池限制接數(shù)，采用長連接模式復(fù)用TCP連接，來解決上述問題。
TCP連接收到請求后，必須要分配給一個線程去執(zhí)行，所以還會有個線程池，去走后面的流程。
這些內(nèi)容我們都?xì)w納到MySQL的連接管理組件中。
所以連接管理的職責(zé)是負(fù)責(zé)認(rèn)證、管理連接、獲取權(quán)限信息。
解析與優(yōu)化
經(jīng)過了連接管理，現(xiàn)在MySQL服務(wù)器已經(jīng)獲取到SQL字符串。
如果是查詢語句，MySQL服務(wù)器會使用select SQL字符串作為key。
去緩存中獲取，命中緩存，直接返回結(jié)果（返回前需要做權(quán)限驗證），未命中執(zhí)行后面的階段，這個步驟叫查詢緩存。
需要注意，select SQL字符串要完全匹配，有任何不同的地方都會導(dǎo)致緩存不被命中（空格、注釋、大小寫、某些系統(tǒng)函數(shù)）。
小貼士：雖然查詢緩存有時可以提升系統(tǒng)性能，但也不得不因維護(hù)這塊緩存而造成一些開銷，從MySQL 5.7.20開始，不推薦使用查詢緩存，并在MySQL 8.0中刪除。
沒有命中緩存，或者非select SQL就來到分析器階段了。
因為系統(tǒng)發(fā)送過來的只是一段文本字符串，所以MySQL服務(wù)器要按照SQL語法對這段文本進(jìn)行解析。
如果你的SQL字符串不符合語法規(guī)范，就會收到You have an error in your SQL syntax錯誤提醒
通過了分析器，說明SQL字符串符合語法規(guī)范，現(xiàn)在MySQL服務(wù)器要執(zhí)行SQL語句了。
MySQL服務(wù)器要怎么執(zhí)行呢？
你需要產(chǎn)出執(zhí)行計劃，交給MySQL服務(wù)器執(zhí)行，所以來到了優(yōu)化器階段。
優(yōu)化器不僅僅只是生成執(zhí)行計劃這么簡單，這個過程它會幫你優(yōu)化SQL語句。
如外連接轉(zhuǎn)換為內(nèi)連接、表達(dá)式簡化、子查詢轉(zhuǎn)為連接、連接順序、索引選擇等一堆東西，優(yōu)化的結(jié)果就是執(zhí)行計劃。
截止到現(xiàn)在，還沒有真正去讀寫真實的表，僅僅只是產(chǎn)出了一個執(zhí)行計劃。
于是就進(jìn)入了執(zhí)行器階段，MySQL服務(wù)器終于要執(zhí)行SQL語句了。
開始執(zhí)行的時候，要先判斷一下對這個表有沒有相應(yīng)的權(quán)限，如果沒有，就會返回權(quán)限錯誤。
如果有權(quán)限，根據(jù)執(zhí)行計劃調(diào)用存儲引擎API對表進(jìn)行的讀寫。
存儲引擎API只是抽象接口，下面還有個存儲引擎層，具體實現(xiàn)還是要看表選擇的存儲引擎。
講到這里，上面提到的查詢緩存、分析器、優(yōu)化器、執(zhí)行器都可以歸納到MySQL的解析與優(yōu)化組件中。
所以解析與優(yōu)化的職責(zé)如下：
緩存 SQL語法解析驗證 SQL優(yōu)化并生成執(zhí)行計劃 根據(jù)執(zhí)行計劃調(diào)用存儲引擎接口
其中連接管理與解析與優(yōu)化處于MySQL架構(gòu)中的Server層。
小結(jié)
在學(xué)習(xí)任何知識前，先不要著急的陷入細(xì)節(jié)，而是先了解大致脈絡(luò)，有個全局觀，之后再去深入相關(guān)的細(xì)節(jié)。
MySql架構(gòu)分為Servce層與存儲引擎層。
連接管理、解析與優(yōu)化這些并不涉及讀寫表數(shù)據(jù)的組件劃分到Servce層，讀寫表數(shù)據(jù)而是交給存儲引擎層來做。
通過這種架構(gòu)設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)Servce層其實就是公用層，存儲引擎層就是多態(tài)層，按需選擇具體的存儲引擎。
再細(xì)想下，它和模板方法設(shè)計模式一摸一樣，它們的執(zhí)行流程是固定的，Servce層等于公用模板函數(shù)，存儲引擎層等于抽象模板函數(shù)，按需子類實現(xiàn)。
阿星最后以一張MySQL簡化版的架構(gòu)圖結(jié)束本文，我們下期再見~
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