MySQL是什么？它的架構(gòu)是怎樣的？假如讓你重新設(shè)計(jì)，你要怎么做？
重生
當(dāng)我醒來睜開眼睛的時(shí)候，我看到辦公桌的電腦長(zhǎng)這個(gè)樣子。
啥情況，我猝死了還是穿越了？還在我一臉懵逼的時(shí)候……
系統(tǒng)提示：蕭劍臣，你已經(jīng) dead 過一次了，現(xiàn)在在另一個(gè)世界獲得重生，你需要在這個(gè)世界完成一個(gè)任務(wù)，設(shè)計(jì)一款數(shù)據(jù)庫 MySQL，就能就能回到原來的世界，迎娶白富美，脫離 996，并且在這個(gè)世界的成就也能帶回原來的世界。
打開這個(gè)電腦一看，時(shí)間是 1979 年。那時(shí) Bill Gates 退學(xué)沒多久，微軟公司也才剛剛起步，世間還沒有 996 和福報(bào)，沒有過勞猝死……
這個(gè)狗血，我居然重生了，我的機(jī)會(huì)來了……
1990 年，我接到了一個(gè)項(xiàng)目，客戶需要為當(dāng)時(shí)的 UNIREG 提供更加通用的 SQL 接口，公司的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人「郝紀(jì)曉」提議直接使用商用數(shù)據(jù)庫。
重生后的第一個(gè)副本出現(xiàn)了，我不能讓「郝紀(jì)曉」的提議達(dá)成，否則將永遠(yuǎn) 「狗 dead」。
經(jīng)過一番測(cè)試后，我發(fā)現(xiàn)商用數(shù)據(jù)庫的速度并不盡如人意，無法滿足客戶的需求。于是我聯(lián)合 Monty Widenius，他雄心大起，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫的任務(wù)就此開始……
MySQL 架構(gòu)設(shè)計(jì)
腦子里有 MySQL 8.0 版本的架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，我在這里豈不是如魚得水，起飛，起飛，必須起飛。于是我把 MySQL 的架構(gòu)設(shè)計(jì)圖畫了出來，如圖 1-1 所示。
圖片
看到如此層級(jí)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，分層明確，職責(zé)清晰，眾人驚呆了！！
但郝紀(jì)曉不懈的說到：劃分這么多層，有什么意義？該不會(huì)是脫褲子放屁多此一舉吧。
我心想，難道這是副第一個(gè)關(guān)卡出現(xiàn)的一個(gè) boss，我看了看他的工牌，上面寫著資深架構(gòu)師——郝紀(jì)曉。
系統(tǒng)提示音：新手任務(wù)，畫出 MySQL 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖，并解釋每一層以及每層組件的主要作用，讓眾人理解并清晰認(rèn)識(shí)該架構(gòu)，讓大家按照此架構(gòu)開發(fā)。
好家伙，這個(gè)任務(wù)難度不大，我自信的給眾人解釋到：這個(gè)數(shù)據(jù)庫名叫 MySQL，至上而下一共分為四層，重點(diǎn)是 Server 服務(wù)層和存儲(chǔ)引擎層。
客戶端由不同語言開發(fā)的客戶端，Server 層包括連接池、安全管理、線程管理、緩存、SQL 接口、解析器、優(yōu)化器等，涵蓋了 MySQL 的大多數(shù)核心功能。
而存儲(chǔ)引擎層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的讀取。這是一個(gè)插件式架構(gòu)，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多個(gè)存儲(chǔ)引擎。
客戶端 Client
這是一個(gè) CS 架構(gòu)，支持各種語言的客戶端連接器連接到數(shù)據(jù)庫，比如 Java、C++、JDBC 等。同時(shí)也支持 Shell 腳本直接連接。
Server 服務(wù)層
這一層至關(guān)重要，里面還還會(huì)劃分為「連接與安全管理」和「SQL 解析和優(yōu)化」兩大模塊。
服務(wù)層是 MySQL 中的核心組件，負(fù)責(zé)提供各種數(shù)據(jù)庫操作所需的基本功能，如 SQL 語法處理、事務(wù)管理、鎖管理等。
連接與安全管理
當(dāng)客戶端發(fā)送連接請(qǐng)求時(shí)，MySQL 服務(wù)器會(huì)在連接與安全管理接收請(qǐng)求，分配一個(gè)線程來處理該連接，隨后進(jìn)行身份驗(yàn)證。具體的功能如下：
- 當(dāng)客戶端發(fā)起連接請(qǐng)求時(shí)，MySQL 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)專用的線程（以操作系統(tǒng)級(jí)別的線程實(shí)現(xiàn)）來為該客戶端服務(wù)。
- MYSQL 對(duì) TCP 傳輸過來的賬號(hào)密碼做身份認(rèn)證、權(quán)限獲?。ɡ?，是否允許客戶端對(duì) world 數(shù)據(jù)庫中的 Country 表執(zhí)行 SELECT 語句）。驗(yàn)證通過，查詢賬戶擁有的權(quán)限，并緩存起來。此鏈接是一個(gè)長(zhǎng)鏈接
- 對(duì)于 TCP 鏈接，MySQL 采用池化技術(shù)，節(jié)省了 TCP 鏈接創(chuàng)建和銷毀的成本。
- 一個(gè)客戶端請(qǐng)求，必須要分配一個(gè)線程專門與客戶端進(jìn)行交互，所以還有個(gè)線程池，每一個(gè)鏈接從線程池中獲取一個(gè)線程，省去了創(chuàng)建和銷毀線程的開銷。把線程池占滿了，再連就報(bào)連接滿了。
SQL 解析和優(yōu)化
SQL Interface(SQL 接口，用來接受用戶的 SQL 命令，并返回需要的結(jié)果。比如 select from 就是調(diào)用 SQL Interface。
Parse 解析器
MySQL 解析查詢以創(chuàng)建內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（解析樹），然后對(duì)其進(jìn)行各種優(yōu)化，包括重寫查詢、決定表的讀取順序，以及選擇合適的索引等。
Optimizer 優(yōu)化器
通過語法解析,MySQL 知道你的真實(shí)意圖了，但你寫的 SQL 不一定是高效的。
查詢之前會(huì)使用查詢優(yōu)化器確定 SQL 語句的執(zhí)行路徑，生成一個(gè)執(zhí)行計(jì)劃，這個(gè)執(zhí)行計(jì)劃表明使用哪些索引進(jìn)行查詢。
Caches & Buffers 緩沖區(qū)
MySQL 內(nèi)部維持著一些 Cache 和 Buffer，這個(gè)緩存機(jī)制是由一系列小緩存組成的。比如表緩存，記錄緩存，key 緩存，權(quán)限緩存等。這個(gè)查詢緩存可以在 不同客戶端之間共享。
- 查詢緩存：當(dāng)相同的 SQL 查詢被多次執(zhí)行時(shí)，可以從查詢緩存中直接獲取結(jié)果，提高性能。由于 MySQL 8.0 中已移除了查詢緩存功能，使用者需要自行實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，如使用 Redis、Memcached 等中間緩存系統(tǒng)。
- 表緩存：用于存儲(chǔ)表的元數(shù)據(jù)，如表的結(jié)構(gòu)定義。當(dāng)查詢需要表信息時(shí)，優(yōu)先從表緩存中獲取，避免磁盤操作。
- 線程緩存：用于復(fù)用服務(wù)器的連接線程。當(dāng)一個(gè)連接關(guān)閉后，它的線程會(huì)被放回線程緩存池中，供新的連接使用。線程池意味著減少了創(chuàng)建和銷毀線程的開銷。
- 緩沖池：主要用于 InnoDB 存儲(chǔ)引擎，緩沖池管理緩存的數(shù)據(jù)頁，包括數(shù)據(jù)和索引。當(dāng)需要訪問這些頁時(shí)，可以直接從緩沖池讀取，提高訪問速度。
buffer 與 cache 的區(qū)別?
簡(jiǎn)單的說就是，buffer 是寫緩存，cache 是讀緩存。
存儲(chǔ)引擎層
存儲(chǔ)引擎層負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和執(zhí)行 SQL 語句。MySQL 支持多種存儲(chǔ)引擎，每種引擎各有特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選用。當(dāng)然，只要沒有非常明確的特殊需求就不需要更改存儲(chǔ)引擎，因?yàn)?InnoDB 在大部分場(chǎng)景下都比其他引擎更加適用。
InnoDB：InnoDB 是 MySQL 的默認(rèn)存儲(chǔ)引擎，提供了事務(wù)支持、行級(jí)鎖定、外鍵約束等功能，主要用于高并發(fā)、高可靠性的 OLTP 場(chǎng)景。
MyISAM：MyISAM 通常用于只讀數(shù)據(jù)表，適用于簡(jiǎn)單查詢和全文索引。其不支持事務(wù)、行級(jí)鎖等功能，適用于 OLAP 場(chǎng)景。
Memory：Memory 存儲(chǔ)引擎支持哈希和 B 樹索引，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，易受到系統(tǒng)斷電或宕機(jī)等影響，具有較高的寫性能但不適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)分布。
其他存儲(chǔ)引擎：MySQL 還支持如 Archive、NDB Cluster 等其他存儲(chǔ)引擎，它們分別適用于存檔表、分布式數(shù)據(jù)庫等不同場(chǎng)景。
我們可以在 SQL 命令行中執(zhí)行 show engines; 來查看當(dāng)前支持的存儲(chǔ)引擎：
mysql> show engines;
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| Engine | Support | Comment | Transactions | XA | Savepoints |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| FEDERATED | NO | Federated MySQL storage engine | NULL | NULL | NULL |
| MEMORY | YES | Hash based, stored in memory, useful for temporary tables | NO | NO | NO |
| InnoDB | DEFAULT | Supports transactions, row-level locking, and foreign keys | YES | YES | YES |
| PERFORMANCE_SCHEMA | YES | Performance Schema | NO | NO | NO |
| MyISAM | YES | MyISAM storage engine | NO | NO | NO |
| MRG_MYISAM | YES | Collection of identical MyISAM tables | NO | NO | NO |
| BLACKHOLE | YES | /dev/null storage engine (anything you write to it disappears) | NO | NO | NO |
| CSV | YES | CSV storage engine | NO | NO | NO |
| ARCHIVE | YES | Archive storage engine | NO | NO | NO |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
9 rows in set (0.00 sec)文件系統(tǒng)層
文件系統(tǒng)由各操作系統(tǒng)提供，MySQL 將其持久化的數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)在磁盤上，持久化保存數(shù)據(jù)、索引、binlog、redo log、undo log、error 日志、慢 sql 等；
總結(jié)
- 服務(wù)層的連接和安全管理：用戶與 MYSQL 服務(wù)進(jìn)行 TCP 鏈接，校驗(yàn)用戶身份，用戶權(quán)限。
- 服務(wù)層的 SQL 解析和優(yōu)化：用戶寫的 SQL 語句會(huì)到服務(wù)層進(jìn)行解析，生成語法樹。優(yōu)化 SQL 語句，生成執(zhí)行計(jì)劃。
- 引擎層：真正與磁盤進(jìn)行交互，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取。
最后，我再附上一張?jiān)谖以瓉淼氖澜缬绕涫⑿械募軜?gòu)圖，與 圖 1-1 最大的差別是這次用英文，如圖 1-2 所示。
圖片
我說完之后，眾人紛紛對(duì)我稱贊。CTO 覺得我的架構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的太周全了，立馬從 T3 晉升為 T4，薪資漲了 20%……
故事還沒結(jié)束，結(jié)構(gòu)圖出來以后，郝紀(jì)曉說道：架構(gòu)圖雖然不錯(cuò)，可是還有很多問題并沒提及，我們是實(shí)干主義，不是寫個(gè)架構(gòu)圖就能忽悠的。
- 一條查詢、insert、update、delete 語句的執(zhí)行流程是怎樣的？
- 并發(fā)如何控制？
- 事務(wù)如何處理？
- Server 層與存儲(chǔ)引擎層之間如何保證故障恢復(fù)？
- binlog、redo log、undo log 都是什么玩意？
- 磁盤很慢，如何將 讀寫的隨機(jī) I/O 操作變成順序?qū)懕ＷC 數(shù)據(jù)庫性能？
