體系結構

網絡連接層

最上層是一些客戶端和鏈接服務，包含本地socket通信和大多數基于客戶端/服務端工具實現(xiàn)的類似于TCP/IP的通信。主要完成一些類似于連接處理、授權認證、及相關的安全方案。在該層上引入了線程池的概念，為通過認證安全接入的客戶端提供線程。同樣在該層上可以實現(xiàn)基于SSL的安全鏈接。服務器也會為安全接入的每個客戶端驗證它所具有的操作權限。

• Client Connectors：客戶端連接器
  提供與 MySQL 服務器建立的支持。目前幾乎支持所有主流的服務端編程技術，如 Java、C、Python、.Net等，它們通過各自 API 技術與 MySQL 建立連接

服務層

第二層架構主要完成大多數的核心服務功能，如SQL接口，并完成緩存的查詢，SQL的分析和優(yōu)化，部分內置函數的執(zhí)行。所有跨存儲引擎的功能也在這一層實現(xiàn)，如過程、函數等。在該層，服務器會解析查詢并創(chuàng)建相應的內部解析樹，并對其完成相應的優(yōu)化如確定表的查詢順序，是否利用索引等，最后生成相應的執(zhí)行操作。如果是select語句，服務器還會查詢內部的緩存，如果緩存空間足夠大，這樣在解決大量讀操作的環(huán)境中能夠很好的提升系統(tǒng)的性能。

• Connection Pool：連接池組件
  負責存儲和管理客戶端與數據庫的連接，一個線程負責管理一個連接
• Management Service & Utilities：管理服務和工具組件
  例如備份恢復、安全管理、集群管理等
• SQL Interface：SQL接口組件
  用于接受客戶端發(fā)送的各種 SQL 命令，并且返回用戶需要查詢的結果。比如DML、DDL、存儲過程、視圖、觸發(fā)器等。
• Parser：查詢分析器組件
  負責將請求的 SQL 解析生成一個“解析樹”，然后根據一些 MySQL 規(guī)則進一步檢查解析樹是否合法
• Optimizer：優(yōu)化器組件
  當“解析樹”通過解析器語法檢查后，將交由優(yōu)化器將其轉化成執(zhí)行計劃，然后與存儲引擎交互
• Caches & Buffers：緩存組件
  緩存機制是由一系列小緩存組成的。比如表緩存，記錄緩存，權限緩存，引擎緩存等。如果查詢緩存有命中的查詢結構，查詢語句就可以直接去查詢緩存中取數據

引擎層

存儲引擎層，存儲引擎真正的負責了MySQL中數據的存儲和提取，服務器通過API和存儲引擎進行通信。不同的存儲引擎具有不同的功能，這樣我們可以根據自己的需要，來選取合適的存儲引擎。

• Pluggable Storage Engines：存儲引擎
  存儲引擎負責 MySQL中數據的存儲和提取，與底層文件文件進行交互。MySQL 存儲引擎是插件式的，服務器中的查詢執(zhí)行引擎通過接口與存儲引擎進行通信，接口屏蔽了不同存儲引擎之間的差異。

存儲層

數據存儲層，主要是將數據存儲在文件系統(tǒng)之上，并完成與存儲引擎的交互。

• File System：文件系統(tǒng)
  負責將數據庫的數據和日志存儲在文件系統(tǒng)之上，并完成與存儲引擎的交互，是文件的物理存儲層。主要包括日志文件、數據文件、配置文件、pid文件、socket文件等

tips: 和其他數據庫相比，MySQL有點與眾不同，它的架構可以在多種不同場景中應用并發(fā)揮良好作用。主要體現(xiàn)在存儲引擎上，插件式的存儲引擎架構，將查詢處理和其他的系統(tǒng)任務以及數據的存儲提取分離。這種架構可以根據業(yè)務的需求和實際需要選擇合適的存儲引擎。

運行機制

• 建立連接（Connectors&Connection Pool）
  通過客戶端/服務器通信協(xié)議與 MySQL 建立連接。MySQL 客戶端與服務器的通信方式是“半雙工^[1]”。對于每一個 MySQL 的連接，時刻都有一個線程狀態(tài)來標識這個連接正在做什么

show processlist;  // 查看用戶正在運行的線程信息
?id：線程ID
?user：啟動這個線程的用戶
?Host：發(fā)送請求的客戶端的IP和端口號
?db：當前命令在哪個庫執(zhí)行
?Command：該線程正在執(zhí)行的操作命令
  ?Create DB：正在創(chuàng)建庫操作
  ?Drop DB：正在刪除操作
  ?Execute：正在執(zhí)行一個PreparedStatement
  ?Close Stmt：正在關閉一個 PreparedStatement
  ?Query：正在執(zhí)行一個語句
  ?Sleep：正在等待客戶端發(fā)送語句
  ?Quit：正在退出
  ?Shutdown：正在關閉服務器
?Time：表示該線程處于當前狀態(tài)的時間，單位秒
?State：線程狀態(tài)
  ?Updating：正在搜索匹配記錄，進行修改
  ?Sleeping：正在等待客戶端發(fā)送新請求
  ?Starting：正在執(zhí)行請求處理
  ?Checking table：正在檢查數據表
  ?Closing table：正在將表中數據刷新到磁盤中
  ?Locked：被其他查詢鎖住了記錄
  ?Sending Data：只在處理SELECT查詢，同時將結果發(fā)送給客戶端
?Info：一般記錄線程執(zhí)行的語句，默認顯示前100個字符，想查看完整的使用 show full processlist

• 查詢緩存（Cache&Buffer）
  MySQL 的一個可優(yōu)化查詢的地方，如果開啟了查詢緩存且在查詢緩存過程中查詢到完全相同的 SQL 語句，則將查詢結果直接返回給客戶端；否則會由解析器進行語法語義解析，并生成“解析樹”
• 解析器（Parser）
  將客戶端發(fā)送的 SQL 進行語法解析，生成“解析樹”。預處理器根據一些 MySQL 規(guī)則進一步檢查“解析樹”是否合法，例如檢查數據表和數據列是否存在，還會解析名字和別名，看看它們是否有歧義，最后生成新的“解析樹”
• 查詢優(yōu)化器（Optimizer）
  根據“解析樹”生成最優(yōu)的執(zhí)行計劃。MySQL 使用了很多優(yōu)化策略生成最優(yōu)的執(zhí)行計劃，可以分為兩類：靜態(tài)優(yōu)化（編譯時優(yōu)化）、動態(tài)優(yōu)化（運行時優(yōu)化）
  • 等價變換策略
    5=5 and a > 5 ==> a > 5
    a < b and a = 5 ==> b > 5 and a = 5
    基于聯(lián)合索引，調整條件位置等
  • 優(yōu)化 count、min、max等函數
    InnoDB引擎 min 函數只需要找索引最左邊
    InnoDB引擎 max 函數只需要找索引最右邊
    MyISAM引擎 count(*) 不需要計算直接返回
  • 提前終止查詢
    使用了 limit 查詢，獲取 limit 所需的數據，就不在繼續(xù)遍歷后面數據
  • in的優(yōu)化
    MySQL 對 in 查詢，會先進行排序，再采用二分法查找數據。比如where id in (2, 1, 3)，變成 in (1, 2, 3)
• 查詢執(zhí)行引擎
  負責執(zhí)行 SQL 語句，此時查詢執(zhí)行引擎會根據 SQL 語句中表的存儲引擎類型，以及對應的 API 接口與底層存儲引擎緩存或物理文件的交互，得到查詢結構并返回給客戶端。若開啟查詢緩存，會將 SQL 語句和結果完整地保存到查詢緩存中

1. 通訊機制：
   全雙工： 能同時發(fā)送和接收數據，例如平時打電話
   半雙工：指的某一時刻，要么發(fā)送數據，要么接收數據，不能同時。例如早期對講機
   單工：只能發(fā)送數據或只能接收數據。例如單行道 ?