Mysql学习-架构认识

1.Mysql的特色

和其他数据库相比，mysql即可以嵌入到应用程序中，也可以支持数据仓库，内容索引和部署软件，高可用的冗余系统，在线事务处理系统（OLTP）等各种应用类型。

Mysql最重要、最与众不同的特性：在于它的存储引擎架构，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。这样可以根据需求选择不同的数据存储方式。

2.Mysql的逻辑架构

其可分为三层：

最上层为基于网络的客户端/服务端的工具或服务类似的架构。比如：连接处理、授权认证、安全等。每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程，同时对其进行认证。

第二层：大部分Mysql的核心服务功能都在这一层，包括：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都在这一层实现：存储过程、视图、触发器等。Mysql首先会解析查询，并创建内部数据结构（解析树），然后对其进行各种优化，包括重写查询、决定表的读取顺序，以及选择合适的引擎等。同时可以请求优化器解释（explain）优化过程的各个因素，提供优化参考。

第三层：包含了存储引擎，存储引擎负责Mysql中的存储与提取。服务器通过API与存储引擎进行通信。

3.并发控制

无论何时，只要有多个查询需要在同一时刻修改数据，都会产生并发控制的问题。在处理并发读和并发写时，可以通过实现一个由两种类型的锁组成的锁系统来解决问题。这两种类型的锁通常称为：

排他锁（execlusive lock）和共享锁(shared lock)，也叫写锁（write lock）和读锁(read lock)。

其中：读锁是共享的，或者说是不互相阻塞的，写锁是排他的，也即一个读锁会阻塞其他的写锁和读锁。

由于加锁是消耗资源的，因此就会有锁策略，在锁的开销和数据的安全性之间寻求平衡。出现了表锁和行级锁。

表锁（table lock）是Mysql中最基本的锁策略，并且是开销最小的策略。加锁时，其会锁整张表。同时写锁比读锁具有更高的优先级。

行级锁(row lock)可以最大程度地支持并发处理（同时也代来最大的锁开销)。行级锁只在存储引擎层实现。

事务是一组原子性的sql查询，或者说一个独立的工作单元。其具有四个特性：ACID

原子性：atomicity，一个事务必须视为一个不可分割的最小工作单位。要么成功，要么失败。

一致性：consistency，从一个状态转成另一个一致性状态。当数据保存失败时，数据不会被提交到数据库中。

隔离性：isolation，一个事务所做的改变在最终提交前，对其他事务是不可见的。

持久性：durability，一旦事务提交，则所做的修改就会永久保存到数据库中。

事务的隔离级别：四种隔离级别

READ UNCOMMITTED:读未提交，事务中的修改，即使没有提交，对其他事务提交也都是可见的，事务可以读取未提交的数据，此时称为脏读。也即会引发脏读。

Read COMMITTED:读已提交，大多数数据库系统都会默认这个隔离级别，但Mysql不是。也称为不可重复读。一个事务开始时，只能看见已经提交的事务所做的修改。

REPEATABLE READ:可重复读，Mysql的默认级别，解决脏读的问题。保存了在此级别多次读取的数据的结果都是一样的，但此时还是会产生幻读的情况，因此InnoDB和XtraDB存储引擎通过多版本并发控制MVCC（Multiversion Concurrency Control）解决了幻读产生的问题。

SERIALIZABLE:可串行化，事务隔离的最高级别 ，强制将事务串行化执行，效率低，会存在大量锁并发竞争的情况。

4.死锁

两个或两个以上的事务在同一资源上相互引用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致恶性循环的现象。

为了解决死锁现象，数据库系统实现了各种死锁检测和死锁超时机制。InnoDB目前处理死锁的方法是，将持有最少行级排他锁的事务进行回滚。

5. 事务日志

事务日志可以帮助提高事务的效率，使用事务日志，存储引擎在修改表的数据时只需要修改其内存的拷贝，再把该修改行为记录到持久在硬盘上的事务日志中，而不用每次将修改的数据本身持久化到磁盘，事务日志采用的是追加的方式。事务日志持久化以后，内存中被修改的数据在后台可以慢慢地刷回到磁盘。目前大多数存储引擎都是这样的实现的，称为预写式日志（Write-Ahead Logging)，修改数据需要写两次磁盘。这样做的好处是即使是系统崩溃了，事务日志持久化了，机器重启之后 依然可以恢复这部分被修改的数据。

6. Mysql中的事务

Mysql提供了两种事务型的存储引擎：InnoDB和NDB Cluster。另外还有第三方的，比如XtraDB、PBXT。Mysql默认使用自动提交模式。

InnoDB采用的是两阶段锁定协议。在事务执行过程中，随时都可以执行锁定，锁只有在执行COMMIT或者ROLLBACK的时候才会释放。

7. 多版本控制MVCC

MVCC是行级锁的一个变种，但是它在很多情况下避免了加锁的操作，因此开销更低。MVCC的实现，是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。也就是说，不管需要执行多长时间，每个事务看到的数据都是一致的。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。这两列，一个保存了行创建的时间，一个保存行的过期时间。其存储的是系统的版本号。这里类似乐观锁的并发控制版本号，进行比较。

在进行CRUD操作时，其会进行版本号的比较、保存、删除、更新等。有了版本号，就不需要加锁了，可以解决因为锁带来的开销问题。

8.Mysql 的引擎

在Mysql5.1及之前，MyISAM是默认的存储引擎，其提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数等，但MyISAM不支持事务和行级锁，而且崩溃后无法安全恢复。

Mysql中的其他引擎：

Archive引擎：只支持Insert、Select操作。其适合日志数据采集类应用，或者一些需要更加快速插入操作的应用场合。

Blackhole引擎：可用于复制数据库到备库 ，或者做简单记录到日志。不推荐使用，由于其没有任何的存储机制。

CSV引擎：可以将普通的CSV文件作为Mysql的表来处理，且这种表不支持索引。可以在数据库运行时拷入拷出文件。

Federated引擎：是访问其他Mysql服务器的一个代理，它会创建一个到远程Mysql服务器端的客户端连接，并将查询传输到远程服务器执行，然后提取或者发送需要的数据。MariaDB使用了它的一个后续改进版本。

Memory引擎：比MyISAM快一个数量级，适合于数据不会改变，同时重启后数据丢失也没关系的场景。

其具有良好的效率：用于查询、映射表；用于缓存周期性聚合数据的结果、用于保存数据分析中产生的中间数据。

Merge引擎：MyISAM引擎的一个变种，由多个MyISAM表合并而来的虚拟表。引入分区功能后，该功能已被遗弃。

NDB集群引擎：mysql高可用、容灾的，也即Mysql 集群方案。

第三方引擎：OLAP类引擎，Percona的XtraDB存储引擎是一个基于InnoDB引擎的改进版本。

TokuDB引擎使用了一种新的叫做分形树的索引数据结构。

面向列的存储引擎：Infobright，最有名的面向列的存储引擎。其是为数据仓库、数据分析而设计的。