MySQL体系架构
MySQL的体系架构
MySQL的整体体系分四层结构：网络接入层、服务层、存储引擎和文件系统层。
网络接入层
网络计入层是MySQL服务器与客户端之间的桥梁，负责处理客户端的连接请求、身份验证、权限检查以及连接池管理；
客户端连接器（Client Connectors）
提供与MySQL服务器建立连接的支持，目前几乎所有主流的服务器技术，例如常见的Java、Python、C、.NET等，它们通过各自的API技术与MySQL建立连接。
服务层
服务层是MySQL的核心部分，负责解析SQL查询、优化查询、执行查询操作并将结果返回客户端。
连接池
MySQL提供了内置的连接池功能（从MySQL 8.0开始），用于管理多个客户端连接。连接池可以减少频繁创建和销毁连接的开销，提升系统的并发处理能力。
系统管理和控制工具
用于备份恢复、安全管理、集群、管理等。
SQL接口
用于接收客户端发送的各种SQL命令，并且返回用户需要查询的结果，比如DDL、DML、存储过程、视图和触发器等。
解析器
解析器负责将SQL语句转换为内部语法树结构，它会检查语法是否正确，并生成相应的执行计划。
查询优化器
查询优化器是SQL层的核心组件之一，负责选择最优的查询执行计划。优化器会根据表的统计信息（如索引、表大小、数据分布等）评估不同的执行路径，并选择最高效的方案。优化器的目标是减少I/O操作、降低CPU的使用率，从而提高查询性能。
执行器
执行器根据优化器生成的执行计划，调用存储引擎层的接口来实际执行查询操作。执行器负责处理各种SQL操作，如SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE等。
缓存
缓存机制是由一系列小缓存组成。比如表缓存、记录缓存、权限缓存、引擎缓存、索引缓存等。如果查询缓存有命中的查询结果，查询语句就可以直接去查询缓存中取数据，用于加速数据读取操作。
MySQL曾经提供过一个查询缓存功能，用于缓存查询结果，如果相同的查询再次执行，MySQL可以直接从缓存中返回结果，而不需要重新执行查询。虽然查询缓存可以提高某些场景下的性能，但在高并发写入情况下，它的效果可能适得其反，因此在现代版本中已被移出。
在MySQL 8.0中查询缓存已经被废弃了
性能较差
1️⃣全局锁粒度：查询缓存使用粗粒度锁机制，任何对表的写操作（INSERT、UPDATE和DELTE）都会导致整个表的查询缓存失效；
2️⃣高并发写入瓶颈：在高并发写入场景下，频繁的缓存失效和刷新会造成严重的锁竞争，反而降低整体性能；
缓存命中率低下
1️⃣动态查询不适用：包含变量、函数、时间戳等动态内容查询难以缓存；
2️⃣数据更新频繁：写入操作多的表缓存命中率极低；
内部资源消耗过大
1️⃣内存管理开销：维护查询缓存需要消耗大量的内存资源；
2️⃣碎片化问题：缓存内存容易产生碎片，需要定期整理；
3️⃣配置复杂度：需要合理设置
query_cache_size、query_cache_min_res_unit等参数；严格的匹配规则
1️⃣字节级匹配：查询语句必须完全一致（包括空格、大小写）才能命中缓存；
2️⃣会话参数敏感：不同连接参数或字符集设置会导致缓存无法命中；
总结下来其实就是性能交叉，在高并发场景下会成为瓶颈。造成性能较差的原因是锁粒度太粗了、缓存命中率较低导致的。
存储引擎层
存储引擎层是MySQL的关键组成部分，负责实际数据的存储与提取，与底层系统文件进行交互。MySQL支持多种存储引擎，每种存储引擎都有其独特的特性和适用场景。现在有很多存储引擎，各有各的特点，最常见的时MyISAM和InnoDB。
|存储引擎|描述| |-|-| |InnoDB|默认存储引擎（MySQL 5.7之后开始），支持事务、外键约束、行级锁和崩溃恢复。InnoDB是大多数生产环境的首选，特别适用于需要高并发写入和事务安全的场景。| |MyISAM|早起MySQL的默认存储引擎，不支持事务和行级锁，但具有较高的读取性能。MyISAM适合只读或读多写少的场景，但由于其缺乏事务支持，现在已较少使用。| |Memory|将数据存储在内存中，适用于临时表或需要快速读写的场景。由于数据存储在内存中，重启后数据会丢失，因此不适合持久化存储| |NDB Cluster|用于分布式集群的存储引擎，支持高可用性和水平扩展。NDB Cluster通过分片技术奖数据分布在多个节点上，适合需要处理大规模数据集和高并发访问的场景| |Archive|专门用于归档数据的存储引擎，适合存储大量历史数据。Archive引擎压缩数据，节省存储空间，但写入性能较低，适合只写或很少读取的场景| |CSV|将数据存储为CSV文件格式，适合与外部应用程序进行数据交换。CSV引擎不支持索引和复杂的查询操作，主要用于数据导入和导出|
文件存储层
该层负责将数据库的数据和日志存储在文件磁盘上，并完成与存储引擎的交互，是文件的物理存储层。主要包含日志文件、数据文件、配置文件、pid文件、socket文件等。
一条SQL的执行流程
根据MySQL的体系结构，SQL的执行主要经过三层：
建立连接 & 权限校验
当客户端发起SQL请求时，MySQL首先在连接层处理：
- 连接管理：分配一个线程（或从连接池复用）处理该连接；
- 身份认证：验证用户名、密码、IP白名单；
- 权限检查：确认当前用户是否有权限操作目标数据库/表；
- 会话初始化：设置会话变量（如字符集、隔离级别等）；
解析、优化、执行
查询解析
- 词法分析：把SQL字符串拆成一个个的Token，例如SELECT、FROM、WHERE等；
- 语法分析：构建语法树，检查是否符合SQL语法规则；
- 语义分析：验证表是否存在、列名是否正确、权限是否足够；
查询预处理
- 展开视图（如果涉及到View等）
- 检查外键约束
- 常量表达式提前计算（例如，Where 1=1 ）
- 重写子查询（如将某些子查询优化为JOIN）
查询优化器
查询优化器主要要做两件事情：逻辑优化和物理优化
逻辑优化：
- 谓词下推（将Where条件尽量提前执行）
- 子查询消除
- 常量传播，等价谓词重写等
物理优化：
- 选择访问路径：全表扫描或者索引扫描
- 选择索引：哪个索引最高效
- 选择JOIN顺序，表连接的先后顺序
- 选择JOIN类型，Hash JOIN或Nested Loop