MySQL最重要、最與眾不同的特性是它的存儲(chǔ)引擎架構(gòu)，這種架構(gòu)將查詢處理與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)/提取相分離，使得可以在使用時(shí)根據(jù)不同的需求來選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式。

一、Mysql邏輯架構(gòu)

如果能在頭腦中構(gòu)建出一幅MySQL各組件之間如何協(xié)同工作的架構(gòu)圖，就會(huì)有助于深入理解MySQL服務(wù)器。

mysql 數(shù)據(jù)庫的邏輯架構(gòu)如下圖

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從上圖可以看出My SQL邏輯結(jié)構(gòu)大致可以分為三層：

第一層結(jié)構(gòu)主要處理客戶端與mysql服務(wù)端的連接、授權(quán)認(rèn)證、安全等；

第二層是Mysql服務(wù)端的核心，功能包括查詢解析、分析、優(yōu)化、緩存等，所有跨存儲(chǔ)引擎的功能都在這一層實(shí)現(xiàn)：存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、視圖等都在這一層實(shí)現(xiàn)；

第三層的存儲(chǔ)引擎主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提取，服務(wù)器通過API與存儲(chǔ)引擎進(jìn)行通信，存儲(chǔ)引擎API包含幾十個(gè)底層函數(shù)，用于執(zhí)行諸如“開始一個(gè)事務(wù)”或者“根據(jù) 主鍵提取一行記錄”等操作。但存儲(chǔ)引擎不會(huì)去解析sql，不同存儲(chǔ)引擎之間不會(huì)通訊，只會(huì)簡(jiǎn)單地響應(yīng)上層服務(wù)器的請(qǐng)求

1.1、連接管理

每個(gè)客戶端連接成功，都會(huì)在服務(wù)器進(jìn)程中擁有一個(gè)線程，服務(wù)器會(huì)緩存線程，該線程只能輪流在某個(gè)CPU中運(yùn)行，所以不需要?jiǎng)?chuàng)建和銷毀線程。

1.2、安全性

當(dāng)客戶端（應(yīng)用）連接到MySQL服務(wù)器時(shí),服務(wù)器需要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證基于用戶名、原始主機(jī)信息和密碼等信息。

一旦客戶端連接成功，服務(wù)器會(huì)繼續(xù)驗(yàn)證該客戶端是否具有執(zhí)行某個(gè)特定查詢的權(quán)限

1.3、解析優(yōu)化查詢

MySQL會(huì)解析査詢，并創(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。

對(duì)于SELECT查詢語句，解析查詢之前會(huì)先查詢緩存，如果緩存能找到是不會(huì)去解析的，如果緩存查找不到，就會(huì)重現(xiàn)解析查詢，創(chuàng)建解析樹，然后對(duì)其進(jìn)行查詢優(yōu)化、決定表的讀取順序、選擇合適的索引等

二、并發(fā)控制

無論何時(shí)，只要有多個(gè)査詢需要在同一時(shí)刻修改數(shù)據(jù)，都會(huì)產(chǎn)生并發(fā)控制的問題。

并發(fā)即指在同一時(shí)刻，多個(gè)操作并行執(zhí)行。MySQL對(duì)并發(fā)的處理主要應(yīng)用了兩種機(jī)制——是"鎖"和"多版本控制"。

2.1、鎖機(jī)制

在處理并發(fā)讀或者寫時(shí)，可以 通過實(shí)現(xiàn)一個(gè)由兩種類型的鎖組成的鎖系統(tǒng)來解決問題：

• 共享鎖：也稱為讀鎖，讀鎖允許多個(gè)連接可以同一時(shí)刻并發(fā)的讀取同一資源,互不干擾；
• 排他鎖：也稱為寫鎖，一個(gè)寫鎖會(huì)阻塞其他的寫鎖或讀鎖，保證同一時(shí)刻只有一個(gè)連接可以寫入數(shù)據(jù)，同時(shí)防止其他用戶對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫。

2.2、鎖粒度

所謂的鎖策略，就是在鎖的開銷和數(shù)據(jù)的安全性之間尋求平衡，這種平衡當(dāng)然也會(huì)影響到性能。

MySQL提供兩個(gè)級(jí)別的并發(fā)控制：服務(wù)器級(jí)(the server level)和存儲(chǔ)引擎級(jí)(the storage engine level)。加鎖是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的基本方法，MySQL中鎖的粒度：

• 表級(jí)鎖（服務(wù)器層）：MySQL獨(dú)立于存儲(chǔ)引擎提供表鎖，例如，對(duì)于ALTER TABLE語句，服務(wù)器提供表鎖(table-level lock)。表鎖是最基本也是開銷最小的策略；
• 行級(jí)鎖（引擎層）：InnoDB和Falcon存儲(chǔ)引擎提供行級(jí)鎖，此外，BDB支持頁級(jí)鎖。行級(jí)鎖可以最大程度地支持并發(fā)處理（同時(shí)也帶來了最大的鎖開銷）。

另外，值得一提的是，MySQL的一些存儲(chǔ)引擎（如InnoDB、BDB）除了使用封鎖機(jī)制外，還同時(shí)結(jié)合MVCC機(jī)制，即多版本并發(fā)控制(Multi-Version Concurrent Control)，來實(shí)現(xiàn)事務(wù)的并發(fā)控制，從而使得只讀事務(wù)不用等待鎖，提高了事務(wù)的并發(fā)性。

2.3、多版本并發(fā)控制

MVCC的實(shí)現(xiàn)：通過保存數(shù)據(jù)資源在不同時(shí)間點(diǎn)的快照實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)事務(wù)開始的時(shí)間不同，每個(gè)事務(wù)看到的數(shù)據(jù)快照版本是不一樣的。

InnoDB中的MVCC實(shí)現(xiàn)：通過在每行記錄后面保存兩個(gè)隱藏的列來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)保存了行的創(chuàng)建時(shí)間，一個(gè)保存了行的過期時(shí)間。

• SELECT

  當(dāng)讀取記錄時(shí)，存儲(chǔ)引擎會(huì)選取滿足下面兩個(gè)條件的行作為讀取結(jié)果。

  讀取記錄行的開始版本號(hào)必須早于當(dāng)前事務(wù)的版本號(hào)。也就是說，在當(dāng)前事務(wù)開始之前，這條記錄已經(jīng)存在。在事務(wù)開始之后才插入的行，事務(wù)不會(huì)看到。

  讀取記錄行的過期版本號(hào)必須晚于當(dāng)前事務(wù)的版本號(hào)。也就是說，當(dāng)前事務(wù)開始的時(shí)候，這條記錄還沒有過期。在事務(wù)開始之前就已經(jīng)過期的數(shù)據(jù)行，該事務(wù)也不會(huì)看到。

• INSERT

  存儲(chǔ)引擎為新插入的每一行保存當(dāng)前的系統(tǒng)版本號(hào)作為這一行的開始版本號(hào)。

• UPDATE

  存儲(chǔ)引擎會(huì)新插入一行記錄，當(dāng)前的系統(tǒng)版本號(hào)就是新記錄行的開始版本號(hào)。同時(shí)會(huì)將原來行的過期版本號(hào)設(shè)為當(dāng)前的系統(tǒng)版本號(hào)。

• DELETE

  存儲(chǔ)引擎將刪除的記錄行的過期版本號(hào)設(shè)置為當(dāng)前的系統(tǒng)版本號(hào)。

MVCC只在 REPEATABLE READ 和 READ COMMITTED 兩個(gè)隔離級(jí)別下工作。

三、事務(wù)

3.1、事務(wù)的ACID特性

數(shù)據(jù)庫的事務(wù)處理的原則是保證ACID的正確性。

事務(wù)是由一組SQL語句組成的邏輯處理單元，事務(wù)具有以下4個(gè)屬性：

• 原子性（Atomicity）：事務(wù)是一個(gè)原子操作單元，其對(duì)數(shù)據(jù)的修改，要么全都執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行，不可能只執(zhí)行其中的一部分。（不可分割）
• 一致性（Consistent）：在事務(wù)開始和完成時(shí)，數(shù)據(jù)都必須保持一致狀態(tài)。這意味著所有相關(guān)的數(shù)據(jù)規(guī)則都必須應(yīng)用于事務(wù)的修改，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性；事務(wù)結(jié)束時(shí)，所有的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如B樹索引或雙向鏈表)也都必須是正確的。（狀態(tài)更改一致性）
• 隔離性（Isolation）：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供一定的隔離機(jī)制，保證事務(wù)在不受外部并發(fā)操作影響的“獨(dú)立”環(huán)境執(zhí)行。這意味著事務(wù)處理過程中的中間狀態(tài)對(duì)外部是不可見的。（執(zhí)行過程隔離不可見）
• 持久性（Durable）：事務(wù)完成之后，它對(duì)于數(shù)據(jù)的修改是永久性的，即使出現(xiàn)系統(tǒng)故障也能夠保持。（持久生效）

3.2、事務(wù)處理帶來的問題

由于事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行，帶來以下一些著名的問題：

更新丟失（Lost Update）：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)選擇同一行，然后基于最初選定的值更新該行時(shí)，由于每個(gè)事務(wù)都不知道其他事務(wù)的存在，就會(huì)發(fā)生丟失更新問題－－最后的更新覆蓋了由其他事務(wù)所做的更新。

臟讀（Dirty Reads）：一個(gè)事務(wù)正在對(duì)一條記錄做修改，在這個(gè)事務(wù)完成并提交前，這條記錄的數(shù)據(jù)就處于不一致狀態(tài)；這時(shí)，另一個(gè)事務(wù)也來讀取同一條記錄，如果不加控制，第二個(gè)事務(wù)讀取了這些"臟"數(shù)據(jù)，并據(jù)此做進(jìn)一步的處理，就會(huì)產(chǎn)生未提交的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。這種現(xiàn)象被形象地叫做"臟讀"。

不可重復(fù)讀（Non-Repeatable Reads）：一個(gè)事務(wù)在讀取某些數(shù)據(jù)后的某個(gè)時(shí)間，再次讀取以前讀過的數(shù)據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)其讀出的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生了改變、或某些記錄已經(jīng)被刪除了！這種現(xiàn)象就叫做"不可重復(fù)讀"。

幻讀（Phantom Reads）：一個(gè)事務(wù)按相同的查詢條件重新讀取以前檢索過的數(shù)據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)其他事務(wù)插入了滿足其查詢條件的新數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象就稱為"幻讀"。

3.3、Mysql隔離級(jí)別

READ UNCOMMITTED ：事務(wù)可以看到其他事務(wù)沒有被提交的數(shù)據(jù)（臟數(shù)據(jù)）。
READ COMMITTED ：事務(wù)可以看到其他事務(wù)已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)。
REPEATABLE READ ：保證事務(wù)中多次查詢的結(jié)果相同（Innodb默認(rèn)級(jí)別），會(huì)出現(xiàn)幻讀。
SERIALIZABLE ：所有事務(wù)順序執(zhí)行，對(duì)所有read操作加鎖。保證一致性。

四、總結(jié)

MySQL擁有分層的架構(gòu)。上層是服務(wù)器層的服務(wù)和査詢執(zhí)行引擎，下層則是存儲(chǔ)引擎。 雖然有很多不同作用的插件API,但存儲(chǔ)引擎API還是最重要的。如果能理解MySQL 在存儲(chǔ)引擎和服務(wù)層之間處理查詢時(shí)如何通過API來回交互，就能抓住MySQL的核心 基礎(chǔ)架構(gòu)的精髓。

參考：

《高性能 MySQL 第三版》

MySQL邏輯架構(gòu)簡(jiǎn)介

mysql的并發(fā)控制

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的高性能MySQL(1)——MYSQL架构的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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