02 | 基础框架：一条sql查询语句是如何执行的_45

1 mysql的基本架构

mysql基本架构图

大体来说，MySQL 可以分为 Server 层和存储引擎层两部分，不同的存储引擎共用一个 Server 层。

• Server 层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能，以及所有的内置函数（如日期、时间、数学和加密函数等），所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图等。
• 存储引擎层负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB，它从 MySQL 5.5.5 版本开始成为了默认存储引擎。

1.1连接器

连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的： mysql -hip -Pport -u

• 如果用户名或密码不对，你就会收到一个"Access denied for user"的错误，然后客户端程序结束执行。
• 如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。之后，这个连接里面的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。

建立连接后可以用可以用show VARIABLES 查看连接处于空闲状态，客户端如果太长时间没动静，连接器就会将这个连接断开，可以用LIKE '%wait_timeout%'查看该空闲时间控制参数，默认是八个小时；

我们建议在使用中要尽量减少建立连接的动作，也就是尽量使用长连接，可以使用连接池来维护连接。

但是全部使用长连接后，你可能会发现，有些时候 MySQL 占用内存涨得特别快，这是因为 MySQL 在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。 这些资源会在连接断开的时候才释放。 所以如果长连接累积下来，可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉（OOM），从现象看就是 MySQL 异常重启了。

怎么解决这个问题呢？你可以考虑以下两种方案。

• 定期断开长连接。使用一段时间，或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后，断开连接，之后要查询再重连。
• 如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行 mysql_reset_connection （mysql_reset_connection是mysql为各个编程语言提供的api，不是sql语句。）来重新初始化连接资源。 这个过程不需要重连和重新做权限验证，但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

1.2缓存

MySQL 拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式，被直接缓存在内存中。 会对query语句进行hash计算，然后把hash值和查询出来的值存在query cache中，后续每次sql语句执行的query都会先计算hash值去query cache中查询。但是如果语句出现了变动，即便是查询条件的顺序变换(甚至是大小写)，也会导致hash不一致

每当表有更新的时候，会清空该表的缓存数据，因此对于频繁更新的表，缓存很难命中。 鉴于开启缓存的鸡肋，我们可以指定查询缓存的开关

• 临时关闭mysql查询缓存 set global query_cache_size=0 set global query_cache_type=0
• 永久的修改配置文件my.cnf ,添加下面的配置即可 query_cache_type=0 quey_cache_size=0
• 按需使用query_cache_type DEMAND

mysql> select SQL_CACHE（sql_no_cache） * from T where ID=10；

MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了，也就是说 8.0 开始彻底没有这个功能了。

1.3分析器

词法分析，语法分析，语义分析

• 词法分析：分析出sql中的关键字，表名，列名，词法分析阶段是从information schema里面获得表的结构信息的。
• 语法分析：分析sql语法是否满足mysql语法，类似于查询句子主谓宾是否存在，比如 select 少一个s就不对，这是语法分析
• 语义分析：结合做sql语义分析

分析器进行语法分析、词法分析，检查sql的语法顺序等得到解析树， 然后预处理器对解析树进一步分析，验证数据表、字段是否存在，通关之后sql进入下一步优化器

分析器分析完毕会有一个precheck的过程，检查用户是否有权限查询，但是sql执行过程中可能会有触发器这种在运行时才能确定的过程，分析器工作结束后的precheck是不能对这种运行时涉及到的表进行权限校验的，所以需要在执行器阶段进行权限检查。

1.4优化器

经过了分析器，MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前，还要先经过优化器的处理。

优化器负责选择执行计划，比如在表里面有多个索引的时候，决定使用哪个索引；或者在一个语句有多表关联（join）的时候，决定各个表的连接顺序。

举个例子你执行下面这样的语句，这个语句是执行两个表的 join：

 select * from t1 join t2 using(ID) where t1.c=10 and t2.d=20;

• 既可以先从表 t1 里面取出 c=10 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到表 t2，再判断 t2 里面 d 的值是否等于 20。
• 也可以先从表 t2 里面取出 d=20 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到 t1，再判断 t1 里面 c 的值是否等于 10。

这两种执行方法的逻辑结果是一样的，但是执行的效率会有不同，而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。（如果连接字段没有索引的话，先将t1表的c=10的行和t2表b=20的进行全表扫描，得到小的数据放入到join_buffer中，然后全表扫描另外一张表，将其和内存中的行进行匹配）

1.5执行器

开始执行的时候，要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误，如下所示

mysql> select * from T where ID=10;

ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'

在工程实现上，如果命中查询缓存，会在查询缓存返回结果的时候，做权限验证。分析器之后，也就是知道了该语句要“干什么”之后，也会先做一次权限验证。叫做precheck。而precheck是无法对运行时涉及到的表进行权限验证的，比如使用了触发器的情况。因此在执行器这里也要做一次执行时的权限验证。

如果有权限，就打开表继续执行。打开表的时候，执行器就会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。 比如我们这个例子中的表 T 中，ID 字段没有索引，那么执行器的执行流程是这样的：

• 1.调用 InnoDB 引擎接口,存储引擎从硬盘读一页数据，然后取这个表的第一行（因为这里没有索引，实际上这里是一个全表扫描，因此这里取的实际上是这个表的第一行数据）返回，判断 ID 值是不是 10，如果不是则跳过，如果是则将这行存在结果集中；
• 2.调用引擎接口取“下一行”，重复相同的判断逻辑，直到取到这个表的最后一行。
• 1. 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。至此，这个语句就执行完成了。

我们可以看到这个比对的全表扫描实际上是在执行器做的。

对于有索引的表，执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接口，之后循环取“满足条件的下一行”这个接口，这些接口都是引擎中已经定义好的。

你会在数据库的慢查询日志中看到一个 rows_examined 的字段，表示这个语句执行过程中扫描了多少行。这个值就是在执行器每次调用引擎获取数据行的时候累加的。在有些场景下，执行器调用一次，在引擎内部则扫描了多行，因此引擎扫描行数跟 rows_examined （row examined 是执行器获取到的数据行数，不是真正的扫描行数）并不是完全相同的。