MySQL架构学习笔记

MySQL逻辑架构

了解MySQL的架构有助于深入理解MySQL服务器，下图是MySQL的三层逻辑架构图（图片来自于网络）。

第一层用于对客户端的连接处理、安全认证、授权等。每个客户端连接都会在服务端拥有一个线程，每个连接发起的查询都会在对应的单独线程中执行。

第二层包含了MySQL的核心服务功能，包括查询解析、分析、查询缓存、内置函数、存储过程、触发器、视图等。当客户端发起请求时，如果是SELECT操作，MySQL会先检查是否命中查询缓存，命中则直接返回查询缓存中的数据；否则，MySQL会解析查询并创建对应的内部数据结构(解析树)，执行各种优化，然后执行。

第三层包含了存储引擎，存储引擎负责数据的存储和提取。MySQL中有很多种不同类型的存储引擎，每个存储引擎各不相同，MySQL服务器通过API与存储引擎通信，屏蔽了各种存储引擎之间的差异。

MySQL中的锁

MySQL在处理并发读和写的时候，分别使用共享锁(读锁)和排它锁(写锁)。

对共享资源高并发操作，在加锁的时候，最好能只锁定所需要的数据，控制锁的粒度、提高并发能力。MySQL提供了两种最重要的锁策略，表级锁和行级锁。

表级锁，即锁定整张表。在对表进行插入、更新、删除操作时，需要先获得写锁，锁定整张表，其它读写操作将会被阻塞。读锁之间是不会阻塞的。需要注意的是alter table操作会使用表级锁，所以对数据量很大的表进行alter table操作时，需要谨慎。

行级锁，即只锁定数据所在的行，行级锁只在存储引擎层实现。行级锁可以很好的支持并发处理，但是也会导致大量的资源开销。

事务特性

四大特性(ACID)：原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)。

原子性：一个事务中的所有操作，要么全部成功执行，要么全部失败回滚；

一致性：事务执行结果使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态；

隔离性：事务操作提交之前，操作结果对其它事务不可见；

持久性：事务提交后，所有的修改操作会永久保存到数据库中。

事务隔离级别

SQL标准中定义了四种隔离级别，分别是Read Uncommitted、Read Committed、Repeatable Read、Serializable。

Read Uncommitted：该隔离级别下，事务中未提交的数据对其它事务是可见的，即其它事务可以读取到未提交事务的数据，出现脏读。

Read Committed：该隔离级别下，事务只能读取到已提交事务所改变的数据，解决了脏读的问题，但是会出现不可重复读，即在一个事务前后两次读取某数据的中间时刻，有其它事务修改了该数据，导致两次读取的数据不一致。

Repeatable Read：该隔离级别是MySQL数据库的默认事务隔离级别，它解决了不可重复读的问题，但是会出现幻读，即事务在读取某范围内的数据时，其它事务在该范围内插入了新纪录，导致之前的事务再次读取会不一致。

Serializable：最高的隔离级别，该隔离级别下，通过强制事务串行执行、在读取的每一行数据上加锁，来避免出现幻读的问题。因为读取的数据每行上都会加锁，可能会导致大量的超时和锁竞争问题，所以一般不使用该级别，除非是数据一致性要求特别高的情况。

下面通过一张图清晰的展示各隔离级别。

MySQL可以通过执行SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL命令来设置隔离级别，新设置的隔离级别将在下一个事务开始的时候生效。

MySQL中的死锁

死锁是指多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方所占用的资源，从而导致的恶性循环现象。

数据库系统为了解决这个问题，实现了死锁检测和死锁超时机制。在MySQL的InnoDB存储引擎中，解决死锁的方法是将持有最少行级排它锁的事务进行回滚。

MySQL事务日志

事务日志，即一种特殊的操作记录日志。

存储引擎在修改表数据的时候，只修改内存中的拷贝，然后将修改行为记录保存到硬盘上的事务日志中，对事务日志的保存操作采用追加的方式，保存操作是顺序IO，相对于存储引擎直接将数据持久化到硬盘的随机IO高效的多。事务日志保存后，内存中被修改的数据在后台可以慢慢的持久化到硬盘。如果事务日志保存成功了，而内存中被修改的数据没有成功的写入硬盘，发生了系统崩溃，存储引擎会在重启时自动恢复这部分数据。

MySQL中的事务

MySQL中的事务是在存储引擎中实现的，所以上层的服务是不会管理事务的。默认情况下，MySQL自身提供了两种事务型的存储引擎，分别是InnnoDB和NDB Cluster。

在默认情况下，MySQL事务采用自动提交模式，即如果没有显示的开启一个事务，那么每一次的查询都将被当做一个事务执行自动提交。当然，也可以通过设置来改变这种自动提交的模式。如果想开启自动提交，可以通过命令SET AUTOCOMMIT = 1或SET AUTOCOMMIT = ON来设置；关闭自动提交模式，可以通过命令SET AUTOCOMMIT = 0或SET AUTOCOMMIT = OFF来设置。

InnoDB存储引擎采用的是两阶段锁定协议，在事务执行的过程中，InnoDB会根据隔离级别在需要加锁的时候自定加锁，锁只有在事务提交或回滚的时候才会释放。当然，也可以显示的加锁，如使用SELECT FOR UPDATE，也可以使用服务层实现的LOCK TABLES和UNLOCK TABLES。

多版本并发控制(MVCC)

基于对并发性能的考虑，MySQL的大多数事务型存储引擎都实现了多版本并发控制，可以简单的认为MVCC是行级锁的一个变种，但是它在很多情况下避免了加锁操作，降低了开销。

InnoDB的MVCC是通过在每行记录后添加两个隐藏列来实现的，一个列用于保存行的创建时间，一个列用于保存行的过期时间，这两个时间在实际存储的时候，存储的是系统版本号。每开始一个新事务，系统版本号都将递增。需要注意的是MVCC只能在Read Committed和Repeatable Read隔离级别下正常工作。

MySQL存储引擎

MySQL自身和第三方提供了多种存储引擎，每种存储引擎优势各不相同，可以根据实际业务需要来选择对应的存储引擎。

InnoDB是MySQL的默认事务型存储引擎，主要用来处理大量的短期型事务。它采用MVCC来支持高并发，默认的事务隔离级别是Repeatable Read，并通过间隙锁策略防止幻读的出现。InnoDB表是基于聚簇索引建立的，而聚簇索引可以提高对主键查询的性能，但是它的二级索引(非主键索引)中必须包含主键，如果主键列很大，并且有很多个二级索引，那么这些索引将会占用很大的空间和资源，所以在创建主键的时候尽量的小。

在MySQL5.1及之前的版本中，MyISAM是默认的存储引擎，它提供了全文索引、压缩、空间函数等功能，但是它不支持事务和行级锁，并且崩溃后无法安全恢复，而InnoDB引擎是可以自动崩溃恢复的。MyISAM在并发的情况下，对整张表加锁，读操作会对需要读的所有表加共享锁，写入时对表加排它锁。