《高性能MySQL》读书笔记（一） ——MySQL架构及重要属性概述
《高性能MySQL》读书笔记（一） ——MySQL架构及重要属性概述
《高性能MySQL》读书笔记（一）——MySQL架构及重要属性概述
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一、MySQL逻辑架构
1、三层架构
mysql逻辑分为三层设计：
第一层是基于网络的处理，如连接处理、授权认证、安全等，这个在基于网络的服务器、客户端中的各种软件都会有相应的实现。
第二层是mysql的核心功能部分，包括查询解析、分析、优化、缓存、以及所有的内置函数，所有跨存储引擎的功能也都在这一层实现，包括触发器、存储过程、视图等。
第三层是数据库的存储引擎，即通常提及mysql都会提到的mysiam、innodb等。存储引擎负责数据的存储和提取，不同的存储引擎适用于不同的场景，各有优缺点。服务器通过API与存储引擎进行通信，且不同的存储引擎，底层的函数名称与参数都是一样的，这也使得大部分情况下存储引擎对于数据库使用者是透明的（除了事务、锁等特殊操作，不同的存储引擎会有所不同）。
mysql三层架构如下图所示：
2、连接管理
每个客户端都用一个进程和mysql服务器进行连接，这个连接只在单独进程中进行，该进程只能轮流cpu的核心。另外，服务器会缓存线程，不用为每一个连接新建线程。
客户端连接时，mysql服务器会进行登陆验证，验证完毕后还有继续验证用户具备哪些权限（如对每个表的读、写权限等）。
3、优化与执行
mysql会解析查询语句，并且创建内部数据结构，对其进行优化，包括重写查询、决定表的读取顺序、选择合适的索引（每次查询只能用一个或一组索引）。对于select语句，查询之前，会先检查查询缓存，如果有缓存，则直接返回，不用解析、优化、执行的过程。
二、并发控制与锁
1、读写锁与锁粒度
锁分为读锁（又称为共享锁）和写锁（又称为排它锁）。读锁是共享的，即多个客户端可以在同一个时刻读同一个资源，并不会互相影响；写锁是排他的，对于同一个资源，一个进程在写的时候，另一个进程无法写，也无法读。
锁的粒度越细，越能精确控制锁的范围。如对整个表的锁，与对当行的锁，效果就不一样。锁表则如果仅操作某一行，其他行也会被锁住，这样耗费资源，但是只有一个锁，所以也只要维护一个锁；锁行，则只会锁住操作的那一行，其他行不影响，但是如果有多行操作，则需要维护多个锁，加大维护的开销。
mysql不同的存储引擎，对锁的策略不同，mysiam是表锁，innodb是行锁。但是，对于诸如alter table等ddl语句，mysql会直接使用表锁，而不管存储引擎采用的锁策略。
当两个事务之间采用不同的顺序操作某一条数据，则可能发生死锁，一个两个事务分别在等待对方释放对数据的锁，才能进行后续的操作。mysql的很多引擎会检测，如果语法分析发现会产生死锁，则不让执行；另外，如果真的进入死锁，则需要对其中一个事务进行回滚，以释放资源。
2、多版本并发控制（MVCC）
mysql大多数的支持事务的存储引擎，都不是简单的行锁，而会采用mvcc，以提升并发性能。
mvcc通过保存数据某个时间节点的快照实现的，不管事务需要执行多久，事务内部看到的内容总是一致的。根据事务开始时间不同，每个事务看到的表的数据可能不一样。根据不同的存储引擎，有乐观并发控制和悲观并发控制。
对于innodb，是通过每行后面保存两个隐藏的列来实现的，一个保存的是行的创建时间，一个保存的是过期时间（删除时间）。并且，不是保存具体的时间，而是用版本号的方式来进行保存。
每次开始一个新事务，事务的版本号都是增1，并且提交事务的时候，会先在数据库里进行查询，确认提交的时候数据库里的版本号和开始事务时的版本号一致，以确保事务执行期间，没有其他的进程或事务改动过该数据。
确认一致后，会在提交数据的同时，如果是update命令，会将数据库的版本号加1。这样，如果同期有其他的事务在进行，会提交失败，以确保数据一致性；如果是delete命令，则会将数据的过期时间加上标记；如果是新增，则版本号和当前事务版本号一致。
通过mvcc，可以避免大部分情况下的锁，特别是对于读，不需要加锁，性能较好。
三、事务
1、事务原则
具备事务的系统，都必须经过acid测试。
a（atomicity）是原子性，即要求事务是最小单元，要么其中内容全部成功，要么全部失败；c（consistency）是一致性，事务执行期间，从一个状态切到另一个状态，并不会造成数据库数据错乱；i（isolation）隔离性，事务提交之前，对其他事务、其他系统是不可见的；d（持久性），事务提交会保存到磁盘，即使系统奔溃，修改的数据也不会丢失。
2、隔离级别
针对事务，有四种级别的隔离方式，定义了事务的修改，对于事务内部和外部，哪些是可见的。
1）readuncommitted（未提交读），即事务未提交都可以读，这样级别几乎没有系统使用，对于未提交的事务都可以读，会严重影响事务的acid原则。
2）readcommitted（提交读），即事务提交之后，其他事务才可以读取，这个对于其他事务是没有影响的，基本符合acid，有一些系统采用此方式。但是mysql不是采用此方式。该方式下，一个事务执行期间，如果有需要两次读取同一行的数据，有可能是不一致的。
3）repeatableread（可重复读），这个是mysql的默认方式。即上述提到的mysql对于事务使用的快照的方式，在事务开始时记录当前状态，并且在整个事务期间，对于同一条数据，除非是该事务自身进行的修改，否则每次读取到的内容都是一致的。这样，可以避免事务执行期间其他事务修改了该数据，导致事务两次读取同一个数据不一致的情况。
4）serializable（可串行化），强制事务串行执行，严格性最高，为读取的每一行数据都会加上锁。但是这样也会带来比较大的开销。
如下图所示：
3、事务日志
事务日志提高事务的效率。在事务执行期间，mysql会将事务设计到的数据库操作，将结果存入内存中，而不是立即持久化到硬盘。对于事务里面的每条sql语句，采用追加的方式写入文件。
当事务结束后，再将内存中的数据，逐步写入磁盘中。这也称为预写式日志。
4、mysql的事务
mysql提供两个支持事务的存储引擎——innodb和ndb cluster。
对于普通的sql语句，mysql默认是自动提交，即不需要commit，输入语句就执行。但是，在一个事务中，如果要操作不同的表，而每个表的存储引擎不一致，则比较危险。如mysiam是不支持事务的，如果一个事务既操作innodb引擎的表，又操作mysiam的，则如果失败回滚，那对mysiam表的操作，会无法回滚。
innodb采用两阶段锁定协议进行数据锁定，在事务执行过程中，每个语句都可以显示的加锁，在事务执行完毕后会一次性释放所有事务期间的锁。
——written by linhxx 2017.09.11