精通MySQL之架构篇

• 老刘是即将找工作的研究生，自学大数据开发，一路走来，感慨颇深，网上大数据的资料良莠不齐，于是想写一份详细的大数据开发指南。这份指南把大数据的【基础知识】【框架分析】【源码理解】都用自己的话描述出来，让伙伴自学从此不求人。
  
• 大数据开发指南地址如下：

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今天给大家分享的是大数据开发基础部分MySQL的第一篇，老刘讲点和别人不一样的内容！众多伙伴都知道MySQL的基础知识以及使用，但是对里面的原理知道的不多，咱们学知识只看表面绝对是不行的，所以老刘争取把MySQL的架构知识给大家讲明白！

MySQL架构篇的大纲如下：

看完老刘这篇内容后，希望你们能够掌握以下内容：

1. Mysql的各组件及各组件的功能
   
2. Mysql简版执行流程和详细执行流程
   
3. MyIsam和InnoDB的区别并说明使用场景
   
4. Mysql各个日志文件的概念和相关作用
   

一、逻辑架构

逻辑架构图

首先分享出MySQL逻辑架构图，我们可以看到MySQL是由很多模块组合而成，各个模块都发挥着重要的作用，下面分别介绍各个模块的概念及其作用。

连接器

Connectors，它指的是和不同的语言中的SQL进行交互。

系统管理和控制工具

它的作用是备份集群和集群管理。

连接池

管理连接，进行权限验证之类的。

SQL接口

接收SQL命令(比如DDL、DML)后，返回用户需要查询的结果。但是接收到SQL命令后，我们需要把它变为有意义的SQL，要被系统识别出来你这个SQL要干什么，就需要对SQL语句进行解析，所以就需要Parser解析器。

解析器

解析分为词法解析和语法解析，举例说明词法解析和语法解析。

SQL命令传到解析器后会被解析器验证和解析，先进行词法分析，分词形成select、*、from、t1，解析完成之后形成一颗语法树，在进行语法分析，分析SQL语句对不对，如果不对，说明这个SQL语句不合理。

查询优化器

在上一步语法正确后会传到这一部分，SQL语句在真正执行之前，MySQL会认为你的语句不是最优的，它会对它进行优化。其中使用explain查看的SQL语句执行计划，就是查询优化器生成的！

例如：select * from tuser where name like 'a%' and id = 1;
这句话就会进行优化，至于为什么会优化，后面会讲到，先知道就行，会变为这样的语句。
     select * from tuser where name id = 1 and like 'a%';

查询缓存

把查询的结果存起来，但它针对的不是SQL语句，而是SQL语句经过哈希后的值。如果下次有相同查询结果，就不会到Pluggable Shortage Engines储存引擎，直接在缓存中把查询结果拿出来。（现在作用不大，在新的MySQL被去掉了，不用了）

存储引擎

可插拔的存储引擎，也就是MySQL数据库提供了多种存储引擎。它就是用来存储数据的，如何为存储的数据建立索引和如何更新之类。

在MySQL中，主要的存储引擎有两种：MyIsam和InnoDB。

MyIsam是高速引擎，拥有较高的插入、查询速度。但不支持事务、行锁等；

InnoDB是5.5版本后MySQL默认的数据库，支持事务和行级锁定，事务处理、回滚、崩溃修复能力和多版本并发控制，比MyIsam处理速度稍慢，支持外键。

那我们如何选择存储引擎类型呢？

InnoDB：支持事务处理，支持外键，支持崩溃修复能力和并发控制。如果需要对事务的完整性要求比较高（比如银行），要求实现并发控制（比如售票），那一般都会选择InnoDB。如果需要频繁的更新、删除操作的数据库，也可以选择InnoDB，因为它支持事务的提交和回滚。

MyIsam：插入数据快，空间和内存使用比较低。如果表主要是用于插入新纪录和读出记录，那么选择MyIsam能实现处理高效率。

下面老刘放一张MyIsam和InnoDB区别的图：

简版执行流程图

如何记住执行流程图？根据逻辑架构图各模块的执行顺序来记！

1. 客户端：发送命令到连接器，连接器进行权限验证，权限验证通过后，客户端就可以继续发SQL命令了。
   
2. 连接器：负责跟客户端建立连接，获取权限。

   • 如果用户名或密码不对，会收到一个“Access denied for user”的错误。
     
   • 如果用户名和密码通过，连接器就会进入权限表里面查找你拥有的权限。
     
3. 查询缓存：连接建立完成后，就可以执行select语句，执行逻辑来到第二步：查询缓存，如果之前缓存过结果，就直接返回。
   
4. 分析器：如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句，先做词法分析，再做语法分析。
   
5. 优化器：经过了分析器，MySQL就知道了你要干什么了，在开始执行之前，还要经过优化器处理。优化器是在表里面有多个索引的时候，决定使用哪个索引。
   
6. 执行器：通过分析器知道你要干什么，通过优化器知道该怎么做，于是现在进入执行器，开始执行语句。注意：在开始执行的时候，要先判断一下你对这个表有没有执行的权限，有权限就继续执行，没有权限就返回。如果有权限就打开表继续执行，执行器就会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。
   

详版执行流程图

说完简版的执行流程图，感觉差不多就可以了。但是当初学习的时候，还有一个详细版执行流程图，老刘也好好说说流程。

1. MySQL启动后，网络交互模块会在连接管理模块等连接，连接上来以后，会进入连接进程模块，再到用户模块，看你有没有用户权限，如果权限通过，就会把信息返回到连接管理模块，就可以登录了。
   
2. 接下来MySQL语句发下来到用户模块，用户模块还要检查你有没有操作表的权限，有权限就会到命令分发器，然后发到查询缓存模块。如果之前查过，就直接把结果返回（同时命令到达命令分发器，命令下来以后先去日志记录模块，记录日志）。
   
3. 紧接着命令到达命令解析器，看它是什么语句，根据不同类型的语句，进入到不同模块的优化器，优化器类型有：查询优化器、表变更模块、表维护模块、复制模块、状态模块。
   
4. SQL语句现在到达访问控制模块，再次看一下有没有权限，看你有没有操作权限（insert权限，update权限之类的），如果这个权限没有问题，就会进入到表管理模块，调用存储引擎接口，然后调完以后，存储引擎向下拿数据（就是在文件系统里拿数据），再往回返。
   

到这一步，逻辑架构图就讲完了，大家可以好好捋捋思路和逻辑，一下就能记住。

二、物理结构

MySQL从物理结构上可以分为日志文件和数据索引文件，它在Linux中的数据索引文件和日志文件都在/var/lib/mysql目录下，并且日志文件采用顺序IO方式进行存储，而数据文件采用随机IO方式进行存储。

在这个地方提个问题：为什么日志文件采用顺序IO方式进行存储而数据文件采用随机IO进行存储？

• 首先简单说说顺序IO和随机IO，顺序IO在物理上是一块连续的存储空间，在进行顺序追加内容时，效率非常高。而随机IO从逻辑上看是连续的，物理上不是连续的，在对内容进行操作时，每次都需要找到文件在磁盘的位置。
  
• 老刘简单说一下，顺序IO存储的优势是记录速度快，数据只能追加，这个就特别适合日志文件，因为日志文件特点也非常明显，记录日志信息，也不需要修改数据之类的，缺点就是浪费空间。数据文件可能经常需要修改之类的，存储的地址不是连续的，这个特别特别适合用随机IO，而且随机IO省空间，就是速度有点慢
  

日志文件

下面开始介绍日志文件中的各个日志，只介绍那些

错误日志（errorlog）

默认开启，记录每次运行过程中遇到的所有严重错误信息，以及MySQL每次启动和关闭的详细信息。

二进制日志（binlog）

这个太重要了，大家一定要记住！

默认关闭，它记录数据库中所有DDL语句和DML语句，但不包括select语句内容。DDL语句直接记录到binlog中，而DML语句必须通过事务提交才能提交到binlog中，它主要用于实现mysql主从复制、数据备份、数据恢复、

通用查询日志（general query log）

默认是关闭的，它会记录用户的所有操作，其中还包含增删改查等信息，在并发操作大的情况下会产生大量的信息，从而导致不必要的磁盘IO，会影响mysql性能。

慢查询日志（slow query log）

默认关闭，记录执行时间超过long_query_time秒的所有查询，收集查询时间比较长的SQL语句，可以用来提高查询性能。

重做日志（redo log）

它主要用来确保事务的持久性。防止在发生故障的时间点，尚有脏页未写入磁盘，在重启mysql服务的时候，根据redo log进行重做，从而达到事务的持久性这一特性。

回滚日志（undo log）

它保存了事务发生之前的数据的一个版本，可以用于回滚，同时可以提供多版本并发控制下的读（MVCC）。

中继日志（relay log）

关于这个，老刘知道两个地方有用到它，一是mysql主从复制，二是canal同步mysql增量数据。主要就是从服务器I/O线程将主服务器的二进制日志读取过来记录到从服务器本地文件，然后从服务器SQL线程会读取relay-log日志的内容并应用到从服务器，从而使从服务器和主服务器的数据保持一致。

数据文件

InnoDB数据文件

• .frm文件：主要存放与表相关的数据信息，主要包括表结构的定义信息。
  
• .ibd文件：使用表独享表空间存储表数据和索引信息，一张表对应一个ibd文件。
  
• .bdata文件：使用共享表空间存储表数据和索引信息，所有表共同使用一个或多个ibdata文件
  

MyIsam数据文件

• .frm文件：主要存放与表相关的数据信息，主要包括表结构的定义信息。
  
• .myd文件：主要用来存储表数据信息。
  
• .myi文件：主要用来存储表数据文件中任何索引的数据树。
  

总结

本文作为大数据开发指南MySQL的第一篇详细介绍了MySQL架构内容，对各个模块以及流程进行了详细介绍，希望大家能够跟着老刘的文章，好好捋捋思路，争取能够用自己的话把这些知识点讲述出来！

尽管当前水平可能不及各位大佬，但老刘会努力变得更加优秀，让各位小伙伴自学从此不求人！

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