select語句在MySQL中是怎么執(zhí)行的

頻繁使用的select語句

為了更好地貫穿全文，這里先來列舉一個最簡單的select查詢語句，例如：查詢user表中id為1001的用戶信息，使用下面的SQL語句進(jìn)行查詢。

select * from user where user_id = 1001;

當(dāng)我們在MySQL的命令行中輸入上述SQL語句時，這條SQL語句到底在MySQL中是如何執(zhí)行的呢？接下來，我們就以這條SQL語句為例，說說select語句是如何在MySQL中執(zhí)行的。

MySQL邏輯架構(gòu)

在介紹select語句在MySQL中的執(zhí)行流程之前，我們先來看看MySQL的邏輯架構(gòu)，因?yàn)槿魏蜸QL語句的執(zhí)行都離不開MySQL邏輯架構(gòu)的支撐。也就是說，SQL語句在MySQL中的執(zhí)行流程與MySQL的邏輯架構(gòu)是密不可分的。

在上圖中，我們簡單的畫了下MySQL的邏輯架構(gòu)圖，并且給出了邏輯分層和每層中各部分的功能。從邏輯上，我們可以將MySQL粗略地分成三層：Server層、存儲引擎層和系統(tǒng)文件層，而Server層中又可以分成網(wǎng)絡(luò)連接層（連接器）和數(shù)據(jù)服務(wù)層（Server層）。

Server層中包含了連接器、查詢緩存、分析器、優(yōu)化器和執(zhí)行器等MySQL的核心組成部分，另外，在Server層中還包含了所有的內(nèi)置函數(shù)（比如：日期時間函數(shù)、加解密函數(shù)、聚合函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)等），存儲引擎、觸發(fā)器、視圖等等。

存儲引擎層主要負(fù)責(zé)和系統(tǒng)文件層進(jìn)行交互，存儲引擎層本身是插件式的架構(gòu)設(shè)計，支持InnoDB、MyISAM、Archive、Memory等存儲引擎。在MySQL 5.5.5及以后的版本中，MySQL的默認(rèn)存儲引擎是InnoDB。

系統(tǒng)文件層主要負(fù)責(zé)存儲實(shí)際的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)以文件的形式存儲到服務(wù)器的磁盤上。

接下來，我們就來說說一條select語句在MySQL的邏輯架構(gòu)的每一部分到底是如何執(zhí)行的。 

連接器是如何授權(quán)的？

首先，我們先來看看在服務(wù)器命令行輸入連接MySQL的命令時，MySQL的連接器是如何進(jìn)行驗(yàn)證的。比如，我們在服務(wù)器的命令行輸入了如下命令。

mysql -ubinghe -p

執(zhí)行“回車”后，輸入binghe賬戶的密碼，與MySQL進(jìn)行連接。此時，連接的過程需要完成經(jīng)典的TCP握手操作（有關(guān)TCP的握手相關(guān)的知識，小伙伴們可以參考《【面經(jīng)】面試官：講講七層網(wǎng)絡(luò)模型與TCP三次握手與四次斷開？》）。之后，連接器就開始認(rèn)證連接的身份是否合法，最直接的就是驗(yàn)證用戶名和密碼是否正確。

如果用戶名或者密碼錯誤，MySQL會提示 Access denied for user。如果用戶名和密碼正確，則連接器會到MySQL的權(quán)限表中查詢當(dāng)前連接擁有的權(quán)限。查詢到權(quán)限之后，只要這個連接沒有斷開，則這個連接涉及到的權(quán)限操作都會依賴此時查詢到的權(quán)限。

換句話說，一個用戶登錄MySQL并成功連接MySQL后，哪怕是管理員對當(dāng)前用戶的權(quán)限進(jìn)行了修改操作，此時只要這個用戶沒有斷開MySQL的連接，就不會受到管理修改權(quán)限的影響。管理員修改權(quán)限后，只有對新建的連接起作用。

如果客戶端連接MySQL后，長時間沒有執(zhí)行任何操作，則連接器會自動斷開與這個客戶端的連接。具體多長時間斷開是由MySQL的參數(shù)wait_timeout控制的，這個值默認(rèn)是8小時。我們可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要，自行調(diào)整這個參數(shù)的值，以使MySQL能夠滿足我們的實(shí)際業(yè)務(wù)場景。

由于客戶端與MySQL的連接是比較復(fù)雜的，這個過程也是比較耗時的，它會涉及TCP的握手操作，還會查詢當(dāng)前連接的權(quán)限信息等。往往在實(shí)際的工作過程中，我們會使用數(shù)據(jù)庫連接池的方式，將數(shù)據(jù)庫的連接緩存起來，這就意味著我們是使用長連接與MySQL進(jìn)行交互的。

但是使用長連接連接MySQL也會有一個問題：那就是有時候會發(fā)現(xiàn)MySQL占用的內(nèi)存漲得特別快，這是因?yàn)?strong>MySQL在執(zhí)行的過程中，使用的臨時內(nèi)存是在連接對象里面進(jìn)行管理的。這些占用的資源只有在連接斷開的時候，才會被釋放。如果連接長時間不釋放，就會出現(xiàn)大量的臨時內(nèi)存占用內(nèi)存空間。如果時間久了，可能會導(dǎo)致占用過多的內(nèi)存，從而被操作系統(tǒng)“消滅”了，給人的感覺就是MySQL意外重啟了。

我們可以使用如下的方案來解決這個問題：

• 定期或者執(zhí)行過一個比較占內(nèi)存的查詢操作后，斷開連接，以后再重新建立和MySQL的連接。
• 如果使用MySQL 5.7或更新的MySQL版本，可以通過執(zhí)行     mysql_reset_connection重新初始化MySQL的資源。重新初始化的過程不會重新連接MySQL，也不會重新做權(quán)限的驗(yàn)證操作。 

查詢緩存的作用是什么？

登錄MySQL后，客戶端就會與MySQL建立連接，此時執(zhí)行select語句時，首先會到查詢緩存中查詢是否執(zhí)行過當(dāng)前select語句。如果之前執(zhí)行過相應(yīng)的select語句，則執(zhí)行過的select語句和查詢結(jié)果會以key-value的形式存放在查詢緩存中，其中，key是查詢語句，value是查詢的結(jié)果數(shù)據(jù)。

如果在查詢緩存中沒有找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，則會繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的查詢階段。執(zhí)行完成后，會將結(jié)果緩存到查詢緩存中。后續(xù)的查詢?nèi)绻芯彺妫瑒t直接返回查詢緩存中的數(shù)據(jù)，性能還是挺高的。

但是，大多數(shù)時候我不太建議小伙伴們開啟查詢緩存，為啥？原因很簡單：查詢緩存失效的頻率是非常頻繁的，只要對一個表進(jìn)行更新操作，則這張表上所有的查詢緩存都會被清空。 而且在MySQL 8.0中，直接刪除了查詢緩存的功能（冰河在看MySQL源碼時，也證明了這一點(diǎn)）。

分析器對select語句做了什么？

分析器主要是對select語句進(jìn)行 詞法分析和語法分析 操作。

如果select語句沒有命中緩存，則首先會由分析器對其進(jìn)行“詞法分析”操作，此時，MySQL會識別select語句中的每個字符串代表什么含義。

例如，MySQL會通過"select"關(guān)鍵字識別出這是一個查詢語句，也會把"user"識別為"數(shù)據(jù)表名user"，把"id"識別成"字段名id"。接下來，就要進(jìn)行“語法分析了”，根據(jù)語法規(guī)則，判斷select語句是否滿足MySQL的語法。如果判斷出輸入的SQL語句不滿足語法規(guī)則，則MySQL會提示相應(yīng)的錯誤信息。 

優(yōu)化器是如何優(yōu)化select語句的？

對select語句進(jìn)行了詞法分析和語法分析后，還要經(jīng)過優(yōu)化器的優(yōu)化處理才能執(zhí)行。比如，我們的select語句中如果使用了多個索引，則優(yōu)化器會決定使用哪個索引來查詢數(shù)據(jù)；再比如，在select語句中，有多表關(guān)聯(lián)的操作，優(yōu)化器會決定各表的連接順序，數(shù)據(jù)表的連接順序不同，對于執(zhí)行的效率會大不相同，優(yōu)化器往往會選擇使用查詢效率高的連接順序。

如果select語句經(jīng)過優(yōu)化器的優(yōu)化之后，就會進(jìn)入執(zhí)行階段了。

執(zhí)行器如何執(zhí)行select語句？

進(jìn)入執(zhí)行階段的select語句，首先，執(zhí)行器會對當(dāng)前連接進(jìn)行權(quán)限檢查，最直接的方式就是檢查當(dāng)前連接是否對數(shù)據(jù)表user具有查詢權(quán)限。如果當(dāng)前連接對數(shù)據(jù)表user沒有查詢權(quán)限，就會返回沒有權(quán)限的錯誤。例如，會返回如下錯誤。

ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'binghe'@'localhost' for table 'user' 

如果當(dāng)前連接具有對數(shù)據(jù)表user的查詢權(quán)限，則會繼續(xù)執(zhí)行。首先會進(jìn)行打開數(shù)據(jù)表的操作，此時優(yōu)化器會根據(jù)創(chuàng)建表時使用的存儲引擎，使用相應(yīng)存儲引擎的接口執(zhí)行查詢操作。這里，我們舉一個例子：

假設(shè)，我們在id字段上沒有建立索引，執(zhí)行器執(zhí)行的流程大致如下所示。

（1）通過存儲引擎讀取數(shù)據(jù)表user的第一行數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前行的id值是否等于1001，如果不等于1001，則繼續(xù)讀取下一行數(shù)據(jù)；如果等于1001，則將當(dāng)前行放入結(jié)果集中。

（2）繼續(xù)通過存儲引擎讀取下一行數(shù)據(jù)，執(zhí)行與（1）相同的邏輯判斷，直到處理完user表中的所有數(shù)據(jù)。

（3）處理完所有的數(shù)據(jù)后，執(zhí)行器就會將結(jié)果集中的數(shù)據(jù)返回給客戶端。

如果在id字段上有索引的話，執(zhí)行的整體邏輯與id字段上沒有索引大體一致。

如果開啟了慢查詢的話，執(zhí)行select語句時，會在慢查詢?nèi)罩局休敵鲆粋€rows_examined字段，這個字段表示select語句在執(zhí)行的過程中掃描了數(shù)據(jù)表中的多少行數(shù)據(jù)。不過在有些場景下，執(zhí)行器調(diào)用一次，存儲引擎內(nèi)部會會掃描多行，這就導(dǎo)致存儲引擎掃描的行數(shù)與rows_examined字段標(biāo)識的行數(shù)并不完全相同。