MySQL的底層原理和技術(shù)學(xué)習(xí)

很多小伙伴工作很長時(shí)間了，對(duì)于MySQL的掌握程度卻僅僅停留在表面的CRUD，對(duì)于MySQL深層次的原理和技術(shù)知識(shí)了解的少之又少，隨著工作年限的不斷增長，職場競爭力卻是不斷降低的。很多時(shí)候，出去面試時(shí)，被面試官吊打的現(xiàn)象成了家常便飯。

不僅僅是面試，如果你想從一名底層程序員上升為高級(jí)工程師、架構(gòu)師等，MySQL的底層原理和技術(shù)是你必須要掌握的。

今天一起來學(xué)習(xí)MySQL的體系架構(gòu)。

MySQL體系架構(gòu)

我們先來看看MySQL的體系架構(gòu)圖，如下所示。

注：圖片來自互聯(lián)網(wǎng)

從MySQL的架構(gòu)圖，我們可以看出MySQL的架構(gòu)自頂向下大致可以分為網(wǎng)絡(luò)連接層、數(shù)據(jù)庫服務(wù)層、存儲(chǔ)引擎層和系統(tǒng)文件層四大部分。接下來，我們就來簡單說說每個(gè)部分的組成信息。

網(wǎng)絡(luò)連接層

網(wǎng)絡(luò)連接層位于整個(gè)MySQL體系架構(gòu)的最上層，主要擔(dān)任客戶端連接器的角色。提供與MySQL服務(wù)器建立連接的能力，幾乎支持所有主流的服務(wù)端語言，例如：Java、C、C++、Python等，各語言都是通過各自的API接口與MySQL建立連接。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)層

數(shù)據(jù)庫服務(wù)層是整個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的核心，主要包括了系統(tǒng)管理和控制工具、連接池、SQL接口、解析器、查詢優(yōu)化器和緩存等部分。

連接池

主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理客戶端與數(shù)據(jù)庫的連接信息，連接池里的一個(gè)線程負(fù)責(zé)管理一個(gè)客戶端到數(shù)據(jù)庫的連接信息。

系統(tǒng)管理和控制工具

提供數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理和控制功能，例如對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和恢復(fù)，保證整個(gè)數(shù)據(jù)庫的安全性，提供安全管理，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的集群進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理等。

SQL接口

主要負(fù)責(zé)接收客戶端發(fā)送過來的各種SQL命令，并將SQL命令發(fā)送到其他部分，并接收其他部分返回的結(jié)果數(shù)據(jù)，將結(jié)果數(shù)據(jù)返回給客戶端。

解析樹

主要負(fù)責(zé)對(duì)請(qǐng)求的SQL解析成一棵“解析樹”，然后根據(jù)MySQL中的一些規(guī)則對(duì)“解析樹”做進(jìn)一步的語法驗(yàn)證，確認(rèn)其是否合法。

查詢優(yōu)化器

在MySQL中，如果“解析樹”通過了解析器的語法檢查，此時(shí)就會(huì)由優(yōu)化器將其轉(zhuǎn)化為執(zhí)行計(jì)劃，然后與存儲(chǔ)引擎進(jìn)行交互，通過存儲(chǔ)引擎與底層的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行交互。

緩存

MySQL的緩存是由一系列的小緩存組成的。例如：MySQL的表緩存，記錄緩存，MySQL中的權(quán)限緩存，引擎緩存等。MySQL中的緩存能夠提高數(shù)據(jù)的查詢性能，如果查詢的結(jié)果能夠命中緩存，則MySQL會(huì)直接返回緩存中的結(jié)果信息。

存儲(chǔ)引擎層

MySQL中的存儲(chǔ)引擎層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的寫入和讀取，與底層的文件進(jìn)行交互。值得一提的是，MySQL中的存儲(chǔ)引擎是插件式的，服務(wù)器中的查詢執(zhí)行引擎通過相關(guān)的接口與存儲(chǔ)引擎進(jìn)行通信，同時(shí)，接口屏蔽了不同存儲(chǔ)引擎之間的差異。MySQL中，最常用的存儲(chǔ)引擎就是InnoDB和MyISAM。

InnoDB和MyISAM存儲(chǔ)引擎需要小伙伴們重點(diǎn)掌握，高頻面試考點(diǎn)，也是成為架構(gòu)師必知必會(huì)的內(nèi)容。

系統(tǒng)文件層

系統(tǒng)文件層主要包括MySQL中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的底層文件，與上層的存儲(chǔ)引擎進(jìn)行交互，是文件的物理存儲(chǔ)層。其存儲(chǔ)的文件主要有：日志文件、數(shù)據(jù)文件、配置文件、MySQL的pid文件和socket文件等。

日志文件

MySQL中的日志主要包括：錯(cuò)誤日志、通用查詢?nèi)罩?、二進(jìn)制日志、慢查詢?nèi)罩镜取?/p>

錯(cuò)誤日志

主要存儲(chǔ)的是MySQL運(yùn)行過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息?？梢允褂孟旅娴腟QL語句來查看MySQL中的錯(cuò)誤日志。

showvariableslike'%log_error%';

通用查詢?nèi)罩?/p>

主要記錄MySQL運(yùn)行過程中的一般查詢信息，可以使用下面的SQL語句來查看MySQL中的通用查詢?nèi)罩疚募?/p>

showvariableslike'%general%';

二進(jìn)制日志

主要記錄對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫執(zhí)行的插入、修改和刪除操作，并且也會(huì)記錄SQL語句執(zhí)行的時(shí)間、執(zhí)行的時(shí)長，但是二進(jìn)制日志不記錄select、show等不修改數(shù)據(jù)庫的SQL。主要用于恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)MySQL主從復(fù)制。

查看二進(jìn)制日志是否開啟。

showvariableslike'%log_bin%';

查看二進(jìn)制日志的參數(shù)。

showvariableslike'%binlog%'

查看日志文件。

showbinarylogs;

慢查詢?nèi)罩?/p>

慢查詢主要記錄的是執(zhí)行時(shí)間超過指定時(shí)間的SQL語句，這個(gè)時(shí)間默認(rèn)是10秒。

查看是否開啟慢查詢?nèi)罩尽?/p>

showvariableslike'%slow_query%';

查看慢查詢?cè)O(shè)置的時(shí)長。

showvariableslike'%long_query_time%'

數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件中主要包括了：db.opt文件、frm文件、MYD文件、MYI文件、ibd文件、ibdata文件、ibdata1文件、ib_logfile0和ib_logfile1文件等。

db.opt文件

主要記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)庫使用的字符集和檢驗(yàn)規(guī)則等信息。

frm文件

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)信息，主要是數(shù)據(jù)表相關(guān)的元數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)定義信息，每張表都會(huì)有一個(gè)frm文件。

值得注意的是：MySQL8版本中的innodb存儲(chǔ)引擎的表沒有frm文件。（后面專門寫一些MySQL8新特性的文章，從使用到底層原理與MySQL5到底有何不同）。

MYD文件

MyISAM存儲(chǔ)引擎專用的文件格式，主要存放MyISAM存儲(chǔ)引擎數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，每張MyISAM存儲(chǔ)引擎表對(duì)應(yīng)一個(gè).MYD文件。

MYI文件

MyISAM存儲(chǔ)引擎專用的文件格式，主要存放與MyISAM存儲(chǔ)引擎數(shù)據(jù)表相關(guān)的索引信息，每張MyISAM存儲(chǔ)引擎表對(duì)應(yīng)一個(gè).MYI文件。

ibd文件

存放Innodb存儲(chǔ)引擎的數(shù)據(jù)文件和索引文件，主要存放的是獨(dú)享表空間的數(shù)據(jù)和索引，每張表對(duì)應(yīng)一個(gè).ibd文件。

ibdata文件

存放Innodb存儲(chǔ)引擎的數(shù)據(jù)文件和索引文件，主要存放的是共享表空間的數(shù)據(jù)和索引，所有表共用一個(gè)（或者多個(gè)）.ibdata文件，可以根據(jù)配置來指定共用的.ibdata文件個(gè)數(shù)。

ibdata1文件

MySQL的系統(tǒng)表空間數(shù)據(jù)文件，主要存儲(chǔ)MySQL的數(shù)據(jù)表元數(shù)據(jù)、Undo日志等信息。

ib_logfile0和ib_logfile1文件

MySQL數(shù)據(jù)庫中的Redo log文件，主要用于MySQL實(shí)現(xiàn)事務(wù)的持久性。如果在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)MySQL發(fā)生了故障，此時(shí)如果有臟頁沒有寫入到數(shù)據(jù)庫的ibd文件中，在重啟MySQL的時(shí)候，MySQL會(huì)根據(jù)Redo Log信息進(jìn)行重做，將寫入Redo Log并且尚未寫入數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化操作。

配置文件

用于存放MySQL所有的配置信息，在Unix/Linux環(huán)境中是my.cnf文件，在Windows環(huán)境中是my.ini文件。

pid文件

pid文件是存放MySQL進(jìn)程運(yùn)行時(shí)的進(jìn)程號(hào)的文件，主要存在于Unix/Linux環(huán)境中，具體的存儲(chǔ)目錄可以在my.cnf或者my.ini文件中進(jìn)行配置。

socket文件

socket文件和pid文件一樣，都是MySQL在Unix/Linux環(huán)境中運(yùn)行才會(huì)有的文件。在Unix/Linux環(huán)境中，客戶端可以直接通過socket來連接MySQL。

原文標(biāo)題：一文搞懂MySQL體系架構(gòu)！

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