5.mysql原理

5.1逻辑架构

MySQL逻辑架构整体分为三层，最上层为客户端层，并非MySQL所独有，诸如：连接处理、授权认证、安全等功能均在这一层处理。

MySQL大多数核心服务均在中间这一层，包括查询解析、分析、优化、缓存、内置函数(比如：时间、数学、加密等函数)。所有的跨存储引擎的功能也在这一层实现：存储过程、触发器、视图等。

最下层为存储引擎，其负责MySQL中的数据存储和提取。和Linux下的文件系统类似，每种存储引擎都有其优势和劣势。中间的服务层通过API与存储引擎通信，这些API接口屏蔽了不同存储引擎间的差异。

5.2执行流程

当向MySQL发送一个请求的时候，MySQL到底做了些什么呢？

MySQL客户端/服务端通信协议是“半双工”的：在任一时刻，要么是服务器向客户端发送数据，要么是客户端向服务器发送数据，这两个动作不能同时发生。一旦一端开始发送消息，另一端要接收完整个消息才能响应它，所以我们无法也无须将一个消息切成小块独立发送，也没有办法进行流量控制。

客户端用一个单独的数据包将查询请求发送给服务器，所以当查询语句很长的时候，需要设置max_allowed_packet参数。但是需要注意的是，如果查询实在是太大，服务端会拒绝接收更多数据并抛出异常。

与之相反的是，服务器响应给用户的数据通常会很多，由多个数据包组成。但是当服务器响应客户端请求时，客户端必须完整的接收整个返回结果，而不能简单的只取前面几条结果，然后让服务器停止发送。因而在实际开发中，尽量保持查询简单且只返回必需的数据，减小通信间数据包的大小和数量是一个非常好的习惯，这也是查询中尽量避免使用SELECT *以及加上LIMIT限制的原因之一。

查询缓存->语法解析和预处理

5.3查询缓存

在解析一个查询语句前，如果查询缓存是打开的，那么MySQL会检查这个查询语句是否命中查询缓存中的数据。如果当前查询恰好命中查询缓存，在检查一次用户权限后直接返回缓存中的结果。这种情况下，查询不会被解析，也不会生成执行计划，更不会执行。

MySQL将缓存存放在一个引用表（不要理解成table，可以认为是类似于HashMap的数据结构），通过一个哈希值索引，这个哈希值通过查询本身、当前要查询的数据库、客户端协议版本号等一些可能影响结果的信息计算得来。所以两个查询在任何字符上的不同（例如：空格、注释），都会导致缓存不会命中。

如果查询中包含任何用户自定义函数、存储函数、用户变量、临时表、mysql库中的系统表，其查询结果
都不会被缓存。比如函数NOW()或者CURRENT_DATE()会因为不同的查询时间，返回不同的查询结果，再比如包含CURRENT_USER或者CONNECION_ID()的查询语句会因为不同的用户而返回不同的结果，将这样的查询结果缓存起来没有任何的意义。

既然是缓存，就会失效，那查询缓存何时失效呢？MySQL的查询缓存系统会跟踪查询中涉及的每个表，如果这些表（数据或结构）发生变化，那么和这张表相关的所有缓存数据都将失效。正因为如此，在任何的写操作时，MySQL必须将对应表的所有缓存都设置为失效。如果查询缓存非常大或者碎片很多，这个操作就可能带来很大的系统消耗，甚至导致系统僵死一会儿。而且查询缓存对系统的额外消耗也不仅仅在写操作，读操作也不例外：

任何的查询语句在开始之前都必须经过检查，即使这条SQL语句永远不会命中缓存
如果查询结果可以被缓存，那么执行完成后，会将结果存入缓存，也会带来额外的系统消耗

基于此，我们要知道并不是什么情况下查询缓存都会提高系统性能，缓存和失效都会带来额外消耗，只有当缓存带来的资源节约大于其本身消耗的资源时，才会给系统带来性能提升。但要如何评估打开缓存是否能够带来性能提升是一件非常困难的事情，也不在本文讨论的范畴内。如果系统确实存在一些性能问题，可以尝试打开查询缓存，并在数据库设计上做一些优化，比如：

用多个小表代替一个大表，注意不要过度设计
批量插入代替循环单条插入
合理控制缓存空间大小，一般来说其大小设置为几十兆比较合适
可以通过SQL_CACHE和SQL_NO_CACHE来控制某个查询语句是否需要进行缓存

最后的忠告是不要轻易打开查询缓存，特别是写密集型应用。如果你实在是忍不住，可以将query_cache_type设置为DEMAND，这时只有加入SQL_CACHE的查询才会走缓存，其他查询则不会，这样可以非常自由地控制哪些查询需要被缓存。

当然查询缓存系统本身是非常复杂的，这里讨论的也只是很小的一部分，其他更深入的话题，比如：缓存是如何使用内存的？如何控制内存的碎片化？事务对查询缓存有何影响等等，读者可以自行阅读相关资料，这里权当抛砖引玉吧。

5.4

语法解析和预处理

MySQL通过关键字将SQL语句进行解析，并生成一颗对应的解析树。这个过程解析器主要通过语法规则来验证和解析。比如SQL中是否使用了错误的关键字或者关键字的顺序是否正确等等。预处理则会根据MySQL规则进一步检查解析树是否合法。比如检查要查询的数据表和数据列是否存在等等。

查询优化

经过前面的步骤生成的语法树被认为是合法的了，并且由优化器将其转化成查询计划。多数情况下，一条查询可以有很多种执行方式，最后都返回相应的结果。优化器的作用就是找到这其中最好的执行计划。

有非常多的原因会导致MySQL选择错误的执行计划，比如统计信息不准确、不会考虑不受其控制的操作成本（用户自定义函数、存储过程）、MySQL认为的最优跟我们想的不一样（我们希望执行时间尽可能短，但MySQL值选择它认为成本小的，但成本小并不意味着执行时间短）等等。

MySQL的查询优化器是一个非常复杂的部件，它使用了非常多的优化策略来生成一个最优的执行计划：

重新定义表的关联顺序（多张表关联查询时，并不一定按照SQL中指定的顺序进行，但有一些技巧可以指定关联顺序）
优化MIN()和MAX()函数（找某列的最小值，如果该列有索引，只需要查找B+Tree索引最左端，反之则可以找到最大值，具体原理见下文）
提前终止查询（比如：使用Limit时，查找到满足数量的结果集后会立即终止查询）
优化排序（在老版本MySQL会使用两次传输排序，即先读取行指针和需要排序的字段在内存中对其排序，然后再根据排序结果去读取数据行，而新版本采用的是单次传输排序，也就是一次读取所有的数据行，然后根据给定的列排序。对于I/O密集型应用，效率会高很多）

随着MySQL的不断发展，优化器使用的优化策略也在不断的进化，这里仅仅介绍几个非常常用且容易理解的优化策略，其他的优化策略，大家自行查阅吧。

查询执行引擎

在完成解析和优化阶段以后，MySQL会生成对应的执行计划，查询执行引擎根据执行计划给出的指令逐步执行得出结果。整个执行过程的大部分操作均是通过调用存储引擎实现的接口来完成，这些接口被称为handler API。查询过程中的每一张表由一个handler实例表示。实际上，MySQL在查询优化阶段就为每一张表创建了一个handler实例，优化器可以根据这些实例的接口来获取表的相关信息，包括表的所有列名、索引统计信息等。存储引擎接口提供了非常丰富的功能，但其底层仅有几十个接口，这些接口像搭积木一样完成了一次查询的大部分操作。

返回结果给客户端

查询执行的最后一个阶段就是将结果返回给客户端。即使查询不到数据，MySQL仍然会返回这个查询的相关信息，比如该查询影响到的行数以及执行时间等等。

如果查询缓存被打开且这个查询可以被缓存，MySQL也会将结果存放到缓存中。

结果集返回客户端是一个增量且逐步返回的过程。有可能MySQL在生成第一条结果时，就开始向客户端逐步返回结果集了。这样服务端就无须存储太多结果而消耗过多内存，也可以让客户端第一时间获得返回结果。需要注意的是，结果集中的每一行都会以一个满足①中所描述的通信协议的数据包发送，再通过TCP协议进行传输，在传输过程中，可能对MySQL的数据包进行缓存然后批量发送。

回头总结一下MySQL整个查询执行过程，总的来说分为6个步骤：

客户端向MySQL服务器发送一条查询请求
服务器首先检查查询缓存，如果命中缓存，则立刻返回存储在缓存中的结果。否则进入下一阶段
服务器进行SQL解析、预处理、再由优化器生成对应的执行计划
MySQL根据执行计划，调用存储引擎的API来执行查询
将结果返回给客户端，同时缓存查询结果

性能优化建议

看了这么多，你可能会期待给出一些优化手段，是的，下面会从3个不同方面给出一些优化建议。但请等等，还有一句忠告要先送给你：不要听信你看到的关于优化的“绝对真理”，包括本文所讨论的内容，而应该是在实际的业务场景下通过测试来验证你关于执行计划以及响应时间的假设。

Scheme设计与数据类型优化

选择数据类型只要遵循小而简单的原则就好，越小的数据类型通常会更快，占用更少的磁盘、内存，处理时需要的CPU周期也更少。越简单的数据类型在计算时需要更少的CPU周期，比如，整型就比字符操作代价低，因而会使用整型来存储ip地址，使用DATETIME来存储时间，而不是使用字符串。

这里总结几个可能容易理解错误的技巧：

通常来说把可为NULL的列改为NOT NULL不会对性能提升有多少帮助，只是如果计划在列上创建索引，就应该将该列设置为NOT NULL。
对整数类型指定宽度，比如INT(11)，没有任何卵用。INT使用32位（4个字节）存储空间，那么它的表示范围已经确定，所以INT(1)和INT(20)对于存储和计算是相同的。
UNSIGNED表示不允许负值，大致可以使正数的上限提高一倍。比如TINYINT存储范围是-128 ~ 127，而UNSIGNED TINYINT存储的范围却是0 - 255。
通常来讲，没有太大的必要使用DECIMAL数据类型。即使是在需要存储财务数据时，仍然可以使用BIGINT。比如需要精确到万分之一，那么可以将数据乘以一百万然后使用BIGINT存储。这样可以避免浮点数计算不准确和DECIMAL精确计算代价高的问题。
TIMESTAMP使用4个字节存储空间，DATETIME使用8个字节存储空间。因而，TIMESTAMP只能表示1970 - 2038年，比DATETIME表示的范围小得多，而且TIMESTAMP的值因时区不同而不同。
大多数情况下没有使用枚举类型的必要，其中一个缺点是枚举的字符串列表是固定的，添加和删除字符串（枚举选项）必须使用ALTER TABLE（如果只只是在列表末尾追加元素，不需要重建表）。
schema的列不要太多。原因是存储引擎的API工作时需要在服务器层和存储引擎层之间通过行缓冲格式拷贝数据，然后在服务器层将缓冲内容解码成各个列，这个转换过程的代价是非常高的。如果列太多而实际使用的列又很少的话，有可能会导致CPU占用过高。
大表ALTER TABLE非常耗时，MySQL执行大部分修改表结果操作的方法是用新的结构创建一个张空表，从旧表中查出所有的数据插入新表，然后再删除旧表。尤其当内存不足而表又很大，而且还有很大索引的情况下，耗时更久。当然有一些奇技淫巧可以解决这个问题，有兴趣可自行查阅。

31.mysql优化手段

1.使用缓存

2.用join代替子查询

3.数据库表设计优化，非空，char字段，非负值

4.使用索引字段

sql性能调优：

批处理？

如何查看一条语句的执行时间？如何查看日志

如何创建分区？

5.其他问题：

5.1数据库版本8.0 5.1区别

5.2四种隔离级别

5.3传播行为

5.4innodb和myinst区别

MyISAM与InnoDB 的区别（9个不同点）

1. InnoDB支持事务，MyISAM不支持，对于InnoDB每一条SQL语言都默认封装成事务，自动提交，这样会影响速度，所以最好把多条SQL语言放在begin和commit之间，组成一个事务；

2. InnoDB支持外键，而MyISAM不支持。对一个包含外键的InnoDB表转为MYISAM会失败；

3. InnoDB是聚集索引，使用B+Tree作为索引结构，数据文件是和（主键）索引绑在一起的（表数据文件本身就是按B+Tree组织的一个索引结构），必须要有主键，通过主键索引效率很高。但是辅助索引需要两次查询，先查询到主键，然后再通过主键查询到数据。因此，主键不应该过大，因为主键太大，其他索引也都会很大。

MyISAM是非聚集索引，也是使用B+Tree作为索引结构，索引和数据文件是分离的，索引保存的是数据文件的指针。主键索引和辅助索引是独立的。

也就是说：InnoDB的B+树主键索引的叶子节点就是数据文件，辅助索引的叶子节点是主键的值；而MyISAM的B+树主键索引和辅助索引的叶子节点都是数据文件的地址指针。

4. InnoDB不保存表的具体行数，执行select count(*) from table时需要全表扫描。而MyISAM用一个变量保存了整个表的行数，执行上述语句时只需要读出该变量即可，速度很快；

5. Innodb不支持全文索引，而MyISAM支持全文索引，查询效率上MyISAM要高；5.7以后的InnoDB支持全文索引了

6. MyISAM表格可以被压缩后进行查询操作

7. InnoDB支持表、行(默认)级锁，而MyISAM支持表级锁

InnoDB的行锁是实现在索引上的，而不是锁在物理行记录上。潜台词是，如果访问没有命中索引，也无法使用行锁，将要退化为表锁。

例如：

t_user(uid, uname, age, sex) innodb;

uid PK
无其他索引
update t_user set age=10 where uid=1; 命中索引，行锁。

update t_user set age=10 where uid != 1; 未命中索引，表锁。

update t_user set age=10 where name='shenjian'; 无索引，表锁。

8、InnoDB表必须有主键（用户没有指定的话会自己找或生产一个主键），而Myisam可以没有

9、Innodb存储文件有frm、ibd，而Myisam是frm、MYD、MYI

Innodb：frm是表定义文件，ibd是数据文件

Myisam：frm是表定义文件，myd是数据文件，myi是索引文件

如何选择：

1. 是否要支持事务，如果要请选择innodb，如果不需要可以考虑MyISAM；

2. 如果表中绝大多数都只是读查询，可以考虑MyISAM，如果既有读也有写，请使用InnoDB。

3. 系统奔溃后，MyISAM恢复起来更困难，能否接受；

4. MySQL5.5版本开始Innodb已经成为Mysql的默认引擎(之前是MyISAM)，说明其优势是有目共睹的，如果你不知道用什么，那就用InnoDB，至少不会差。

InnoDB为什么推荐使用自增ID作为主键？

答：自增ID可以保证每次插入时B+索引是从右边扩展的，可以避免B+树和频繁合并和分裂（对比使用UUID）。如果使用字符串主键和随机主键，会使得数据随机插入，效率比较差。

innodb引擎的4大特性

插入缓冲（insert buffer),二次写(double write),自适应哈希索引(ahi),预读(read ahead)

5.5如何防止sql注入

String sql = "SELECT COUNT(*) FROM user WHERE name=? and password=? ;";conn = bds.getConnection();stmt = conn.prepareStatement(sql);stmt.setString(1, name);stmt.setString(2, password);

5.6第几范式：

1.属性不可分割，范式一强调数据表的原子性。

2.属性完全依赖于主键

3.所有非主属性对任何候选关键字都不存在传递依赖

4.第四范式：要求把同一表内的多对多关系删除。

5.7join on和where的区别。

from多个表不加限制条件，直接返回笛卡尔积。
和join一样
　join on 条件先执行，where条件后执行；join on的条件在连接表时过滤，而where则是在生成中间表后对临时表过滤

5.8笛卡尔积怎么实现的？

5.9外键的作用

参照完整性。
先删除外键所在的数据

5.10一条SQL语句执行得很慢的原因有哪些？

1、大多数情况是正常的，只是偶尔会出现很慢的情况。

数据库在刷新脏页我也无奈啊

拿不到锁

2、在数据量不变的情况下，这条SQL语句一直以来都执行的很慢。

没用到索引：字段没有索引，字段有索引，但却没有用索引，函数操作导致没有用上索引

a.根据慢日志定位慢查询sql

　　　　　　SHOW VARIABLES LIKE '%query%' 查询慢日志相关信息

　如何打开慢查询： SET GLOBAL slow_query_log = ON;

　　　　　　将默认时间改为1S： SET GLOBAL long_query_time = 1

5.11varchar与char有什么区别？

区别一，定长和变长
char 表示定长，长度固定，varchar表示变长，即长度可变。char如果插入的长度小于定义长度时，则用空格填充；varchar小于定义长度时，还是按实际长度存储，插入多长就存多长。

因为其长度固定，char的存取速度还是要比varchar要快得多，方便程序的存储与查找；但是char也为此付出的是空间的代价，因为其长度固定，所以会占据多余的空间，可谓是以空间换取时间效率。varchar则刚好相反，以时间换空间。

区别之二，存储的容量不同
对 char 来说，最多能存放的字符个数 255，和编码无关。
而 varchar 呢，最多能存放 65532 个字符。varchar的最大有效长度由最大行大小和使用的字符集确定。整体最大长度是 65,532字节。

事务：

事务管理（ACID）
谈到事务一般都是以下四点

原子性（Atomicity）
原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。
一致性（Consistency）
事务前后数据的完整性必须保持一致。
隔离性（Isolation）
事务的隔离性是多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。
持久性（Durability）
持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响

事务的隔离级别：

脏读，不可重复读，幻读：针对一批数据

读未提交，顾名思义，就是一个事务可以读取另一个未提交事务的数据。

读提交，顾名思义，就是一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据。解决了脏读

可重复读，就是在开始读取数据（事务开启）时，不再允许修改操作解决了脏读、不可重复读。

串行化，数据库串行执行，结局了脏读、不可重复读、幻读

spring只读事务：https://blog.csdn.net/yulin_ganbo/article/details/78566835

只读事务的好处，作为ORM框架优化的暗号，保证读一致性，事务内不允许DML操作。
只读事务的场景，如统计，保证统计结果准确性。
缺点，使用事务，动态生成代理类，增加开销。

事务的实现原理：

一文了解InnoDB事务实现原理

ACD三个特性是通过Redo log（重做日志）和Undo log 实现的。而隔离性是通过锁来实现的。由于隔离性和锁在之前的文章讲过了。所以本文重点关注Redo log 和Undo log。

一、Redo log

重做日志用来实现事务的持久性，即D特性。它由两部分组成：

①内存中的重做日志缓冲
②重做日志文件

一看有内存和磁盘上的两个对应实体，我们就知道这样做一定是为了效率考虑，因为内存的读写效率要比磁盘读写效率高太多。

Innodb是支持事务的存储引擎，在事务提交时，必须先将该事务的所有日志写入到redo日志文件中，待事务的commit操作完成才算整个事务操作完成。在每次将redo log buffer写入redo log file后，都需要调用一次fsync操作，因为重做日志缓冲只是把内容先写入操作系统的缓冲系统中，并没有确保直接写入到磁盘上，所以必须进行一次fsync操作。因此，磁盘的性能在一定程度上也决定了事务提交的性能。

第二部分是Undo log，它可以实现如下两个功能：
1.实现事务回滚
2.实现MVCC（Multi-Version Concurrency Control,翻译为中文即多版本并发控制。）

undo log和redo log记录物理日志不一样，它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时，undo log中会记录一条对应的insert记录，反之亦然，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。

当执行回滚时，就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。有时候应用到行版本控制的时候，也是通过undo log来实现的：当读取的某一行被其他事务锁定时，它可以从undo log中分析出该行记录以前的数据是什么，从而提供该行版本信息，帮助用户实现一致性非锁定读取。

Mysql中MVCC的使用及原理详解

在Java编程中，如果把乐观锁看成一个接口，MVCC便是这个接口的一个实现类而已。

2.MVCC并没有简单的使用数据库的行锁，而是使用了行级锁，row_level_lock,而非InnoDB中的innodb_row_lock.

MVCC的实现，通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。这意味着一个事务无论运行多长时间，在同一个事务里能够看到数据一致的视图。根据事务开始的时间不同，同时也意味着在同一个时刻不同事务看到的相同表里的数据可能是不同的。

基本特征

每行数据都存在一个版本，每次数据更新时都更新该版本。
修改时Copy出当前版本随意修改，各个事务之间无干扰。
保存时比较版本号，如果成功（commit），则覆盖原记录；失败则放弃copy（rollback）

关于Mysql中MVCC的总结

客观上，我们认为他就是乐观锁的一整实现方式，就是每行都有版本号，保存时根据版本号决定是否成功。

但由于Mysql的写操作会加排他锁（前文有讲），如果锁定了还算不算是MVCC？

了解乐观锁的小伙伴们，都知道其主要依靠版本控制，即消除锁定，二者相互矛盾，so从某种意义上来说，Mysql的MVCC并非真正的MVCC，他只是借用MVCC的名号实现了读的非阻塞而已。

轻松理解MYSQL MVCC 实现机制

锁机制可以控制并发操作,但是其系统开销较大,而MVCC可以在大多数情况下代替行级锁,使用MVCC,能降低其系统开销.

MVCC实现
MVCC是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的. 不同存储引擎的MVCC. 不同存储引擎的MVCC实现是不同的,典型的有乐观并发控制和悲观并发控制.

2.MVCC 具体实现分析
下面,我们通过InnoDB的MVCC实现来分析MVCC使怎样进行并发控制的.
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，分别保存了这个行的创建时间，一个保存的是行的删除时间。这里存储的并不是实际的时间值,而是系统版本号(可以理解为事务的ID)，没开始一个新的事务，系统版本号就会自动递增，事务开始时刻的系统版本号会作为事务的ID.下面看一下在REPEATABLE READ隔离级别下,MVCC具体是如何操作的.

5.12

mysql 执行顺序说明

MySQL的语句一共分为11步，如下图所标注的那样，最先执行的总是FROM操作，最后执行的是LIMIT操作。其中每一个操作都会产生一张虚拟的表，这个虚拟的表作为一个处理的输入，只是这些虚拟的表对用户来说是透明的，但是只有最后一个虚拟的表才会被作为结果返回。如果没有在语句中指定某一个子句，那么将会跳过相应的步骤。

下面我们来具体分析一下查询处理的每一个阶段

FORM: 对FROM的左边的表和右边的表计算笛卡尔积。产生虚表VT1
ON: 对虚表VT1进行ON筛选，只有那些符合<join-condition>的行才会被记录在虚表VT2中。
JOIN：如果指定了OUTER JOIN（比如left join、 right join），那么保留表中未匹配的行就会作为外部行添加到虚拟表VT2中，产生虚拟表VT3, rug from子句中包含两个以上的表的话，那么就会对上一个join连接产生的结果VT3和下一个表重复执行步骤1~3这三个步骤，一直到处理完所有的表为止。
WHERE：对虚拟表VT3进行WHERE条件过滤。只有符合<where-condition>的记录才会被插入到虚拟表VT4中。
GROUP BY: 根据group by子句中的列，对VT4中的记录进行分组操作，产生VT5.
CUBE | ROLLUP: 对表VT5进行cube或者rollup操作，产生表VT6.
HAVING：对虚拟表VT6应用having过滤，只有符合<having-condition>的记录才会被插入到虚拟表VT7中。
SELECT：执行select操作，选择指定的列，插入到虚拟表VT8中。
DISTINCT：对VT8中的记录进行去重。产生虚拟表VT9.
ORDER BY: 将虚拟表VT9中的记录按照<order_by_list>进行排序操作，产生虚拟表VT10.
LIMIT：取出指定行的记录，产生虚拟表VT11, 并将结果返回。

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