當(dāng)我們輸入一條 SQL 查詢語(yǔ)句時(shí)，發(fā)生了什么？

我們經(jīng)常說，看一個(gè)事兒千萬不要直接陷入細(xì)節(jié)里，你應(yīng)該先鳥瞰其全貌，這樣能夠幫助你從高維度理解問題。同樣，對(duì)于 MySQL 的學(xué)習(xí)也是這樣。平時(shí)我們使用數(shù)據(jù)庫(kù)，看到的通常都是一個(gè)整體。比如，你有個(gè)最簡(jiǎn)單的表，表里只有一個(gè) ID 字段，在執(zhí)行下面這個(gè)查詢語(yǔ)句時(shí)：

 復(fù)制代碼

mysql> select * from T where ID= 10 ；

我們看到的只是輸入一條語(yǔ)句，返回一個(gè)結(jié)果，卻不知道這條語(yǔ)句在 MySQL 內(nèi)部的執(zhí)行過程。

所以今天我想和你一起把 MySQL 拆解一下，看看里面都有哪些“零件”，希望借由這個(gè)拆解過程，讓你對(duì) MySQL 有更深入的理解。這樣當(dāng)我們碰到 MySQL 的一些異?；蛘邌栴}時(shí)，就能夠直戳本質(zhì)，更為快速地定位并解決問題。

下面我給出的是 MySQL 的基本架構(gòu)示意圖，從中你可以清楚地看到 SQL 語(yǔ)句在 MySQL 的各個(gè)功能模塊中的執(zhí)行過程。

MySQL 的邏輯架構(gòu)圖

大體來說，MySQL 可以分為 Server 層和存儲(chǔ)引擎層兩部分。

Server 層包括連接器、查詢緩存、分析器、優(yōu)化器、執(zhí)行器等，涵蓋 MySQL 的大多數(shù)核心服務(wù)功能，以及所有的內(nèi)置函數(shù)（如日期、時(shí)間、數(shù)學(xué)和加密函數(shù)等），所有跨存儲(chǔ)引擎的功能都在這一層實(shí)現(xiàn)，比如存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、視圖等。

而存儲(chǔ)引擎層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取。其架構(gòu)模式是插件式的，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多個(gè)存儲(chǔ)引擎?，F(xiàn)在最常用的存儲(chǔ)引擎是 InnoDB，它從 MySQL 5.5.5 版本開始成為了默認(rèn)存儲(chǔ)引擎。

也就是說，你執(zhí)行 create table 建表的時(shí)候，如果不指定引擎類型，默認(rèn)使用的就是 InnoDB。不過，你也可以通過指定存儲(chǔ)引擎的類型來選擇別的引擎，比如在 create table 語(yǔ)句中使用 engine=memory, 來指定使用內(nèi)存引擎創(chuàng)建表。不同存儲(chǔ)引擎的表數(shù)據(jù)存取方式不同，支持的功能也不同，在后面的文章中，我們會(huì)討論到引擎的選擇。

從圖中不難看出，不同的存儲(chǔ)引擎共用一個(gè) Server 層，也就是從連接器到執(zhí)行器的部分。你可以先對(duì)每個(gè)組件的名字有個(gè)印象，接下來我會(huì)結(jié)合開頭提到的那條 SQL 語(yǔ)句，帶你走一遍整個(gè)執(zhí)行流程，依次看下每個(gè)組件的作用。

連接器

第一步，你會(huì)先連接到這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上，這時(shí)候接待你的就是連接器。連接器負(fù)責(zé)跟客戶端建立連接、獲取權(quán)限、維持和管理連接。連接命令一般是這么寫的：

 復(fù)制代碼

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

輸完命令之后，你就需要在交互對(duì)話里面輸入密碼。雖然密碼也可以直接跟在 -p 后面寫在命令行中，但這樣可能會(huì)導(dǎo)致你的密碼泄露。如果你連的是生產(chǎn)服務(wù)器，強(qiáng)烈建議你不要這么做。

連接命令中的 mysql 是客戶端工具，用來跟服務(wù)端建立連接。在完成經(jīng)典的 TCP 握手后，連接器就要開始認(rèn)證你的身份，這個(gè)時(shí)候用的就是你輸入的用戶名和密碼。

• 如果用戶名或密碼不對(duì)，你就會(huì)收到一個(gè) "Access denied for user" 的錯(cuò)誤，然后客戶端程序結(jié)束執(zhí)行。

• 如果用戶名密碼認(rèn)證通過，連接器會(huì)到權(quán)限表里面查出你擁有的權(quán)限。之后，這個(gè)連接里面的權(quán)限判斷邏輯，都將依賴于此時(shí)讀到的權(quán)限。

這就意味著，一個(gè)用戶成功建立連接后，即使你用管理員賬號(hào)對(duì)這個(gè)用戶的權(quán)限做了修改，也不會(huì)影響已經(jīng)存在連接的權(quán)限。修改完成后，只有再新建的連接才會(huì)使用新的權(quán)限設(shè)置。

連接完成后，如果你沒有后續(xù)的動(dòng)作，這個(gè)連接就處于空閑狀態(tài)，你可以在 show processlist 命令中看到它。文本中這個(gè)圖是 show processlist 的結(jié)果，其中的 Command 列顯示為“Sleep”的這一行，就表示現(xiàn)在系統(tǒng)里面有一個(gè)空閑連接。

客戶端如果太長(zhǎng)時(shí)間沒動(dòng)靜，連接器就會(huì)自動(dòng)將它斷開。這個(gè)時(shí)間是由參數(shù) wait_timeout 控制的，默認(rèn)值是 8 小時(shí)。

如果在連接被斷開之后，客戶端再次發(fā)送請(qǐng)求的話，就會(huì)收到一個(gè)錯(cuò)誤提醒： Lost connection to MySQL server during query。這時(shí)候如果你要繼續(xù)，就需要重連，然后再執(zhí)行請(qǐng)求了。

數(shù)據(jù)庫(kù)里面，長(zhǎng)連接是指連接成功后，如果客戶端持續(xù)有請(qǐng)求，則一直使用同一個(gè)連接。短連接則是指每次執(zhí)行完很少的幾次查詢就斷開連接，下次查詢?cè)僦匦陆⒁粋€(gè)。

建立連接的過程通常是比較復(fù)雜的，所以我建議你在使用中要盡量減少建立連接的動(dòng)作，也就是盡量使用長(zhǎng)連接。

但是全部使用長(zhǎng)連接后，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，有些時(shí)候 MySQL 占用內(nèi)存漲得特別快，這是因?yàn)?MySQL 在執(zhí)行過程中臨時(shí)使用的內(nèi)存是管理在連接對(duì)象里面的。這些資源會(huì)在連接斷開的時(shí)候才釋放。所以如果長(zhǎng)連接累積下來，可能導(dǎo)致內(nèi)存占用太大，被系統(tǒng)強(qiáng)行殺掉（OOM），從現(xiàn)象看就是 MySQL 異常重啟了。

怎么解決這個(gè)問題呢？你可以考慮以下兩種方案。

1. 定期斷開長(zhǎng)連接。使用一段時(shí)間，或者程序里面判斷執(zhí)行過一個(gè)占用內(nèi)存的大查詢后，斷開連接，之后要查詢?cè)僦剡B。

2. 如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次執(zhí)行一個(gè)比較大的操作后，通過執(zhí)行 mysql_reset_connection 來重新初始化連接資源。這個(gè)過程不需要重連和重新做權(quán)限驗(yàn)證，但是會(huì)將連接恢復(fù)到剛剛創(chuàng)建完時(shí)的狀態(tài)。

查詢緩存

連接建立完成后，你就可以執(zhí)行 select 語(yǔ)句了。執(zhí)行邏輯就會(huì)來到第二步：查詢緩存。

MySQL 拿到一個(gè)查詢請(qǐng)求后，會(huì)先到查詢緩存看看，之前是不是執(zhí)行過這條語(yǔ)句。之前執(zhí)行過的語(yǔ)句及其結(jié)果可能會(huì)以 key-value 對(duì)的形式，被直接緩存在內(nèi)存中。key 是查詢的語(yǔ)句，value 是查詢的結(jié)果。如果你的查詢能夠直接在這個(gè)緩存中找到 key，那么這個(gè) value 就會(huì)被直接返回給客戶端。

如果語(yǔ)句不在查詢緩存中，就會(huì)繼續(xù)后面的執(zhí)行階段。執(zhí)行完成后，執(zhí)行結(jié)果會(huì)被存入查詢緩存中。你可以看到，如果查詢命中緩存，MySQL 不需要執(zhí)行后面的復(fù)雜操作，就可以直接返回結(jié)果，這個(gè)效率會(huì)很高。

但是大多數(shù)情況下我會(huì)建議你不要使用查詢緩存，為什么呢？因?yàn)椴樵兙彺嫱状笥诶?

查詢緩存的失效非常頻繁，只要有對(duì)一個(gè)表的更新，這個(gè)表上所有的查詢緩存都會(huì)被清空。因此很可能你費(fèi)勁地把結(jié)果存起來，還沒使用呢，就被一個(gè)更新全清空了。對(duì)于更新壓力大的數(shù)據(jù)庫(kù)來說，查詢緩存的命中率會(huì)非常低。除非你的業(yè)務(wù)就是有一張靜態(tài)表，很長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)更新一次。比如，一個(gè)系統(tǒng)配置表，那這張表上的查詢才適合使用查詢緩存。

好在 MySQL 也提供了這種“按需使用”的方式。你可以將參數(shù) query_cache_type 設(shè)置成 DEMAND，這樣對(duì)于默認(rèn)的 SQL 語(yǔ)句都不使用查詢緩存。而對(duì)于你確定要使用查詢緩存的語(yǔ)句，可以用 SQL_CACHE 顯式指定，像下面這個(gè)語(yǔ)句一樣：

 復(fù)制代碼

mysql> select SQL_CACHE * from T where ID= 10 ；

需要注意的是，MySQL 8.0 版本直接將查詢緩存的整塊功能刪掉了，也就是說 8.0 開始徹底沒有這個(gè)功能了。

分析器

如果沒有命中查詢緩存，就要開始真正執(zhí)行語(yǔ)句了。首先，MySQL 需要知道你要做什么，因此需要對(duì) SQL 語(yǔ)句做解析。

分析器先會(huì)做“詞法分析”。你輸入的是由多個(gè)字符串和空格組成的一條 SQL 語(yǔ)句，MySQL 需要識(shí)別出里面的字符串分別是什么，代表什么。

MySQL 從你輸入的 "select" 這個(gè)關(guān)鍵字識(shí)別出來，這是一個(gè)查詢語(yǔ)句。它也要把字符串“T”識(shí)別成“表名 T”，把字符串“ID”識(shí)別成“列 ID”。

做完了這些識(shí)別以后，就要做“語(yǔ)法分析”。根據(jù)詞法分析的結(jié)果，語(yǔ)法分析器會(huì)根據(jù)語(yǔ)法規(guī)則，判斷你輸入的這個(gè) SQL 語(yǔ)句是否滿足 MySQL 語(yǔ)法。

如果你的語(yǔ)句不對(duì)，就會(huì)收到“You have an error in your SQL syntax”的錯(cuò)誤提醒，比如下面這個(gè)語(yǔ)句 select 少打了開頭的字母“s”。

 復(fù)制代碼

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

一般語(yǔ)法錯(cuò)誤會(huì)提示第一個(gè)出現(xiàn)錯(cuò)誤的位置，所以你要關(guān)注的是緊接“use near”的內(nèi)容。

優(yōu)化器

經(jīng)過了分析器，MySQL 就知道你要做什么了。在開始執(zhí)行之前，還要先經(jīng)過優(yōu)化器的處理。

優(yōu)化器是在表里面有多個(gè)索引的時(shí)候，決定使用哪個(gè)索引；或者在一個(gè)語(yǔ)句有多表關(guān)聯(lián)（join）的時(shí)候，決定各個(gè)表的連接順序。比如你執(zhí)行下面這樣的語(yǔ)句，這個(gè)語(yǔ)句是執(zhí)行兩個(gè)表的 join：

 復(fù)制代碼

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

• 既可以先從表 t1 里面取出 c=10 的記錄的 ID 值，再根據(jù) ID 值關(guān)聯(lián)到表 t2，再判斷 t2 里面 d 的值是否等于 20。

• 也可以先從表 t2 里面取出 d=20 的記錄的 ID 值，再根據(jù) ID 值關(guān)聯(lián)到 t1，再判斷 t1 里面 c 的值是否等于 10。

這兩種執(zhí)行方法的邏輯結(jié)果是一樣的，但是執(zhí)行的效率會(huì)有不同，而優(yōu)化器的作用就是決定選擇使用哪一個(gè)方案。

優(yōu)化器階段完成后，這個(gè)語(yǔ)句的執(zhí)行方案就確定下來了，然后進(jìn)入執(zhí)行器階段。如果你還有一些疑問，比如優(yōu)化器是怎么選擇索引的，有沒有可能選擇錯(cuò)等等，沒關(guān)系，我會(huì)在后面的文章中單獨(dú)展開說明優(yōu)化器的內(nèi)容。

執(zhí)行器

MySQL 通過分析器知道了你要做什么，通過優(yōu)化器知道了該怎么做，于是就進(jìn)入了執(zhí)行器階段，開始執(zhí)行語(yǔ)句。

開始執(zhí)行的時(shí)候，要先判斷一下你對(duì)這個(gè)表 T 有沒有執(zhí)行查詢的權(quán)限，如果沒有，就會(huì)返回沒有權(quán)限的錯(cuò)誤，如下所示。

 復(fù)制代碼

mysql> select * from T where ID= 10 ;

ERROR 1142 ( 42000 ): SELECT command denied to user 'b' @ 'localhost' for table 'T'

如果有權(quán)限，就打開表繼續(xù)執(zhí)行。打開表的時(shí)候，執(zhí)行器就會(huì)根據(jù)表的引擎定義，去使用這個(gè)引擎提供的接口。

比如我們這個(gè)例子中的表 T 中，ID 字段沒有索引，那么執(zhí)行器的執(zhí)行流程是這樣的：

1. 調(diào)用 InnoDB 引擎接口取這個(gè)表的第一行，判斷 ID 值是不是 10，如果不是則跳過，如果是則將這行存在結(jié)果集中；

2. 調(diào)用引擎接口取“下一行”，重復(fù)相同的判斷邏輯，直到取到這個(gè)表的最后一行。

3. 執(zhí)行器將上述遍歷過程中所有滿足條件的行組成的記錄集作為結(jié)果集返回給客戶端。

至此，這個(gè)語(yǔ)句就執(zhí)行完成了。

對(duì)于有索引的表，執(zhí)行的邏輯也差不多。第一次調(diào)用的是“取滿足條件的第一行”這個(gè)接口，之后循環(huán)取“滿足條件的下一行”這個(gè)接口，這些接口都是引擎中已經(jīng)定義好的。

你會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)的慢查詢?nèi)罩局锌吹揭粋€(gè) rows_examined 的字段，表示這個(gè)語(yǔ)句執(zhí)行過程中掃描了多少行。這個(gè)值就是在執(zhí)行器每次調(diào)用引擎獲取數(shù)據(jù)行的時(shí)候累加的。

在有些場(chǎng)景下，執(zhí)行器調(diào)用一次，在引擎內(nèi)部則掃描了多行，因此  引擎掃描行數(shù)跟 rows_examined 并不是完全相同的  。

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