第1章 Mysql架构与历史

MYSQL最重要、最与众不同的特性是它的存储引擎架构，这种架构的设计将查询处理( Query Processing)及其他系统任务( Server Task)和数据的存储/提取相分离。这种处理和存储分离的设计可以在使用时根据性能、特性、以及其他需求来选择数据存储的方式。

MySQL逻辑架构

第一层： 大多数基于网络的C/S的工具或服务都是类似的结构，比如连接处理 授权认证 安全

第二层： 大多数MySQL 的核心服务功能都在这一层，包括查询解析、分析、优化、缓存以及所有的内置函数(日期、时间、数学和加密)，所有跨存储引擎的功能都在这一层实现：存储过程、触发器、视图

第三层： 存储引擎负责Mysql中数据的存储和提取。和GUN/Linux下的各种文件系统一样，每个存储引擎都有它的优势和劣势。存储引擎不会解析SQL(InnoDB除外，它会解析外键定义，Mysql服务器本身没有实现该功能)不同的存储引擎也不会相互通信，只是响应上层服务器的请求，服务器通过API与存储引擎进行通信，且这些接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异

修正认知错误:读了高性能Mysql才认识到，对于任意一个成熟的版本，它都是由服务端层+核心功能+存储引擎三部分构成，且对于同一个版本而言，选择的存储引擎不同，导致Mysql的性能和特点也大大不同

注:

Mysql 主要分为Server层(Server服务层 + 核心功能层)和引擎层，Server层主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器，同时还有一个日志模块(binlog)，这个日志模块所有执行引擎都可以共用

引擎层是插件式的，目前主要包括，MyISAM,InnoDB(默认),Memory等

查询语句的执行流程如下：

查询缓存(命中缓存) —》权限校验

查询缓存(未命中缓存)—》分析器—》优化器—》权限校验—》执行器—》引擎

更新语句执行流程如下：分析器----》权限校验----》执行器—》引擎—redo log(prepare 状态—》binlog—》redo log(commit状态)

连接管理及安全性

每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程，这个链接的查询只会在这个单独的线程中执行，该线程只能轮流在某个CPU核心或CPU中运行。服务器会缓存线程，因此不需要为每一个新建的连接创建或者销毁线程。

Mysql服务在运行时即会创建好一个线程池，然后对接客户端请求，因此不需要为每一个新建的连接创建或者销毁线程

线程池的上限也决定了一个Mysql库难以承载高并发的需求

优化与执行

MYSQL会解析查询，并创建内部数据结构(解析树)，然后对其进行各种优化，包括重写査询、决定表的读取顺序，以及选择合适的

素引等、同时用户可以通过特殊的关键字提示(hint)优化器，影响它的决策过程

这里想到了某天开发组长和一个组员争论的问题：

聚合索引a、b、c

在查询的时候不按照abc的顺序是否可以应用上索引，(explain select * from test where b = 1 and c = 1 and a = 1)

答案是肯定的，依然会通过索引查询，即是因为优化器的优化

并发控制

Mysql在解决并发场景下多个查询在同一时刻修改数据问题时，主要从服务层及存储引擎层进行控制

读写锁

和Java层面的读写锁类似，对于Mysql中共享锁及排他锁，即读写锁也是保证了读读之间共享，读写，写写间相互排斥

在实际的数据库系统中,每时每刻都在发生锁定,当某个用户在修改某一部分数据时MYSQL会通过锁定防止其他用户读取同一数据，

大多数时候, MYSQL锁的内部管理都是透明的

锁粒度

一种提高共享资源并发性的方式就是让锁定对象更有选择性。尽量只锁定需要修改的部分数据,而不是所有的资源。更理想的方式

是，只对会修改的数据片进行精确的锁定。任何时候，在给定的资源上，锁定的数据量越少，则系统的并发程度越高，只要相互之

间不发生冲突即可。但于此同时，锁本身也是一种开销，如果为了减少锁定的数据量导致锁本身占用资源过多，也是得不偿失。

因此大多数商业数据库一般都是在表上施加行级锁(row - level lock)，并以各种复杂的方式来实现，以便在锁比较多的情况下尽

可能提供更好的性能

而Mysql则提供了多种方案选择，每种存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度，主要有两种：

表锁：

故名意思即锁定整个表，需要注意的是写锁比读锁具有更高的优先级，因此一个写锁请求可以优先于读锁请求执行

另外，尽管各个存储引擎可以实现自己的锁机制，但是Mysql服务端会为诸如ALTER，TABLE之类的语句使用表锁，而忽略存储引擎

自己的策略

行级锁:

行级锁策略在Mysql服务端完全没有实现，都是借由存储引擎实现，如：InnoDB

事务

事务具有四个必要特性：

原子性(A)：不可分割的最小单位

一致性(C)：要么都成功要么都失败

隔离性(I)：事务之间不可见

持久性(D)：事务提交，永久生效

隔离级别

READ UNCIMMITTED(未提交读)：造成脏读，实际很少使用

READ COMMITTED(提交读 / 不可重复读)： 两次执行同样的查询，可能会得到不一样的结果

REPEATABLE READ(可重复读)：依然会有幻读(Phantom Read) 的问题，进一步通过多版本并发控制(Multi version Concurrency Control，MVCC)解决，是MySQL的默认隔离级别

SERIALIZABLE(串行化)：在读取的每一行上都加上锁，可能导致大量的超时和锁争用，实际很少使用

死锁

死锁的必要条件：

互斥：某种资源一次只允许一个进程访问

占有且等待 ： 一个进程本身占有资源(一种或多种),同时还有资源未得到满足,正在等待其他进程释放该资源

不可抢占：无法抢占其他已被占用的资源

循环等待：存在一个进程链，使得每个进程都占有下一个进程所需的至少一种资源

为了解决这种问题，数据库系统实现了各种死锁检测和死锁超时机制。越复杂的系统，比如 INNODB存储引擎，越能检测到死锁的

循环依赖，并立即返回一个错误，且在同一个场景中由于存储引擎不同，A引擎可能产生死锁，B则不会

事务日志

使用事务日志，存储引擎在修改数据时只需要把修改行为记录到硬盘的事务日志中，而不用每次都将修改的数据本身持久到硬盘。

事务日志采用的是追加的方式，写日志操作是磁盘上的顺序I/O，所以要快很多，事务日志持久以后，内存中被修改的数据可以在

后台慢慢刷回到磁盘，称之为预写式日志(Write-Ahead Logging)，修改操作需要写两次磁盘

Mysql中的事务

Mysql提供了两种事务性的存储引擎：InnoDB 和 NDB Cluster

自动提交(AUTOCOMMIT)

Mysql默认采用自动提交(AUTOCOMMIT)的模式，如果不明确开始一个事务，则每个查询都被当做一个事务执行提交操作

在事务中混合使用存储引擎

Mysql服务器不管理事务，事务是由下层存储引擎实现的。混合使用事务型和非事务性的表不会有问题(例如 InnoDB 和 MyISAM)，但是回滚时，非事务的表无法撤回

隐式和显示锁定

InnoDB 采用的是两阶段锁定协议(two-phase locking protocol)，随时可执行锁定，在执行commit 后者rollback时会释放，这是隐式锁定

显示锁定(强烈不建议使用)

SELECT … LOCK IN SHARE MODE

SELECT … FOR UPDATE

多版本并发控制

多版本并发控制，即MVCC，该模块是基于提升并发性能的考虑，它是行级锁的一个变种，但是它在很多的情况避免了加锁的操

作，因此开销更低，虽然实现机制有所不同，但大都实现了非阻塞的读操作，写操作也只锁定必要的行

INNODB的MVCC,是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列，一个保存了行的创建时间,一个保存行的过期时间

(或删除时间)。当然存储的并不是实际的时间值，而是系统版本号( system version number)。每开始一个新的事务，系统版本号都

会自动递增。事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号,用来和查询到的每行记录的版本号进行比较。

我个人感觉MVCC的策略和Java8中的乐观读写锁- StampedLock 非常相似，通过乐观锁的思路，减少悲观锁的使用和阻塞的情况发生，StampedLock 是通过对比邮戳整数Stamp，而Mysql通过对比系统版本号来决定需不需要完全加锁

Mysql的存储引擎

Mysql的存储引擎多种多样，远远不是很多面试答案中题到的：MyISAM及 InnoDB两种，通过高性能Mysql书中对于各种存储引擎的

介绍，在选择存储引擎时候大概率可以毋庸置疑的选择InnoDB

不过新的问题来了，什么是存储引擎：根据较新的Mysql版本，存储引擎早已支持插件化了，即一个Mysql存储引擎是实现了Mysql存储引擎基本接口的程序，可以以插件的形式与Mysql数据库一同工作

也就是说，如果你能力足够强，你也可以完全自定义一个Mysql存储引擎

InnoDB概览

InnoDB采用mvcc来支持高并发，实现了四个标准的隔离级别，默认级别是REPEATABLE READ(可重复读)，通过间隙锁(next-key

locking)策略防止幻读的出现。间隙锁使得InnoDB不仅仅锁定查询设计的行，还会对索引中的间隙进行锁定，防止幻影行的插入.

InnoDB是通过聚簇索引建立的，InnoDB的索引结构和其他存储引擎有很大的不同，聚簇索引对主键查询有很高的性能，但二级索

引必须包含主键列，如果主键列很大的话，其他的所有索引都会很大。因此弱表上的索引较多的话，主键应当尽可能的小。InnoDB

的存储格式是平台独立的，可以将数据和索引文件从Intel平台复制到PowerPC或者Sun SPARC.

InnoDB 内部做了很多优化，包括从磁盘读取数据时采用的可预测性预读，能够自动在内存中创建hash索引以加速读操作的自适应

哈希索引，以及能够加入检查入操邹的插入缓冲区(insert buffer)

Mysql的其他存储引擎不支持热备份，要获取一致性视图需要停止对所有表的写入。

MyISAM引擎

Mysql 5.1及以前的版本，MyISAM是默认的储存引擎。提供了大量的特性，包括全文索引 压缩 空间函数(GIS)，但MyISAM不支持事务

和行级锁，而且有一个大的缺陷，崩溃后无法修复。

优势：存储数据支持压缩，占用较小

提醒：绝对不要混用存储引擎！！！