Analysieren Sie, wie SQL-Abfrageanweisungen ausgeführt werden

Zuerst gibt es eine user_info-Tabelle mit einem ID-Feld. Führen Sie die folgende Abfrageanweisung aus:

select * from user_info where id = 1;

Das zurückgegebene Ergebnis ist:

MySQL-Grundarchitekturdiagramm:

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Im Allgemeinen MySQL ist in zwei Teile unterteilt: Serverschicht und Speicher-Engine-Schicht.

Die Serverschicht umfasst Konnektoren, Abfrage-Caches, Analysatoren, Executoren usw. sowie alle integrierten Funktionen (wie Datum, Uhrzeit, Mathematik- und Verschlüsselungsfunktionen usw.) und eine speicherübergreifende Engine Funktionen (z. B. gespeicherte Prozeduren, Trigger, Ansichten).

Die Speicher-Engine-Schicht ist für die Datenspeicherung und den Datenabruf verantwortlich und unterstützt mehrere Speicher-Engines wie InnoDB, MyISAM und Memory. Die Standardspeicher-Engine nach MySQL 5.5.5 ist InnoDB.

Connector

Bevor Sie SQL-Anweisungen abfragen, müssen Sie zunächst eine Verbindung mit MySQL herstellen, was über den Connector erfolgt. Der Connector ist dafür verantwortlich, eine Verbindung mit dem Client herzustellen, Berechtigungen einzuholen, die Verbindung aufrechtzuerhalten und zu verwalten. Der Verbindungsbefehl lautet:

mysql -h$ip -P$port -u$user -p

Geben Sie das Passwort ein. Nach bestandener Überprüfung geht der Connector zur Berechtigungstabelle, um die Berechtigungen herauszufinden, über die Sie verfügen. Anschließend hängt die Berechtigungsbeurteilungslogik in dieser Verbindung ab Was wird zu diesem Zeitpunkt gelesen? Nachdem ein Benutzer erfolgreich eine Verbindung hergestellt hat, hat dies keine Auswirkungen auf die Berechtigungen der vorhandenen Verbindung. Nach der Änderung werden nur neue Verbindungen verwendet .

Nachdem die Verbindung hergestellt wurde und Sie keine weiteren Aktionen ausführen, befindet sich die Verbindung in einem Ruhezustand. Dies können Sie im Befehl show Processlist sehen. Die Ergebnisse sind wie folgt:

Wenn der Client zu lange inaktiv ist, wird der Connector ihn automatisch trennen. Diese Zeit wird durch den Parameter wait_timeout und den Standardwert gesteuert beträgt 8 Stunden. Wenn der Client nach dem Trennen der Verbindung erneut eine Anfrage sendet, erhält er eine Fehlererinnerung: Lost connection to MySQL server during query

Lange Verbindung und kurze Verbindung

In der Datenbank bedeutet eine lange Verbindung, dass nach erfolgreicher Verbindung immer dieselbe Verbindung verwendet wird, wenn der Client weiterhin Anfragen stellt. Eine kurze Verbindung bedeutet, dass die Verbindung nach einigen ausgeführten Abfragen getrennt wird und für die nächste Abfrage eine neue Verbindung hergestellt wird.

Der Vorgang des Verbindungsaufbaus ist in der Regel kompliziert. Es wird empfohlen, den Aufwand für den Verbindungsaufbau während der Nutzung zu minimieren und zu versuchen, lange Verbindungen zu verwenden. Nachdem jedoch alle langen Verbindungen verwendet wurden, nimmt der von MySQL belegte Speicher manchmal sehr schnell zu. Dies liegt daran, dass der von MySQL während der Ausführung vorübergehend verwendete Speicher im Verbindungsobjekt verwaltet wird.

Diese Ressourcen werden freigegeben, wenn die Verbindung getrennt wird. Wenn sich daher lange Verbindungen ansammeln, belegen sie möglicherweise zu viel Speicher und werden vom System zwangsweise beendet (OOM). Dem Phänomen nach zu urteilen, startet MySQL abnormal neu.

Wie kann dieses Problem gelöst werden? Sie können die folgenden zwei Optionen in Betracht ziehen:

Trennen Sie lange Verbindungen regelmäßig. Nach längerer Verwendung oder nachdem das Programm festgestellt hat, dass eine große Abfrage ausgeführt wurde, die Speicher beansprucht, wird die Verbindung getrennt, und dann wird die Abfrage benötigt und dann erneut verbunden. Für MySQL 5.7 und höher können Sie die Verbindungsressource neu initialisieren, indem Sie mysql_reset_connection nach jeder Ausführung eines relativ großen Vorgangs ausführen. Dieser Vorgang erfordert keine erneute Verbindung und keine Berechtigungsüberprüfung, sondern stellt die Verbindung in dem Zustand wieder her, in dem sie gerade erstellt wurde.

Cache abfragen

Nachdem die Verbindung hergestellt wurde, beginnt die Ausführung der Select-Anweisung. Der Cache wird vor der Ausführung zuerst abgefragt.

Nachdem MySQL die Abfrageanforderung erhalten hat, fragt es zunächst den Cache ab, um festzustellen, ob diese Anweisung ausgeführt wurde. Die ausgeführten Anweisungen und ihre Ergebnisse werden in Form von Schlüssel-Wert-Paaren in einem bestimmten Speicherbereich gespeichert. Der Schlüssel ist die Abfrageanweisung und der Wert ist das Ergebnis der Abfrage. Wenn Ihre Abfrage den Schlüssel direkt in diesem Cache finden kann, wird der
Wert direkt an den Client zurückgegeben.

Wenn sich die Anweisung nicht im Abfragecache befindet, werden die nachfolgenden Ausführungsphasen fortgesetzt. Nach Abschluss der Ausführung werden die Ausführungsergebnisse im Abfragecache gespeichert. Wenn die Abfrage den Cache erreicht, kann MySQL die Ergebnisse direkt zurückgeben, ohne nachfolgende komplexe Vorgänge ausführen zu müssen, was die Effizienz verbessert.

但是查询缓存的失效非常频繁，只要有对一个表的更新，这个表上所有的查询缓存都会被清空。对于更新压力大的数据库来说，查询缓存的命中率会非常低。如果业务中需要有一张静态表，很长时间才会更新一次。

比如，一个系统配置表，那这张表上的查询才适合使用查询缓存。MySQL 提供了这种按需使用的方式。可以将参数 query_cache_type 设置成 DEMAND，对于默认的 SQL 语句都将不使用查询缓存。而对于你确定要使用查询缓存的语句，可以用 SQL_CACHE 显式指定，如下：

mysql> select SQL_CACHE * from user_info where id = 1;

MySQL 8.0 版本将查询缓存的功能删除了。

分析器（Analyzer）

如果查询缓存未命中，就要开始执行语句了。首先，MySQL 需要对 SQL 语句进行解析。

分析器先会做词法分析。SQL 语句是由多个字符串和空格组成的，MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么，代表什么。MySQL 从你输入的 select 这个关键字识别出来，这是查询语句。它也要把字符串 user_info 识别成表名，把字符串 id 识别成列名。之后就要做语法分析。根据词法分析的结果，语法分析器会根据语法规则，判断输入的 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

如果你 SQL 语句不对，就会收到 You have an error in your SQL syntax 的错误提醒，比如下面这个语句 from 写成了 form。

mysql> select * form user_info  where id = 1;
1064 - You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'form user_info  where id = 1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以要关注的是紧接 use near 的内容。

优化器（Optimizer）

经过分析器的词法分析和语法分析后，还要经过优化器的处理。

优化器是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。比如你执行下面这样的语句，这个语句是执行两个表的 join：

mysql> SELECT * FROM order_master JOIN order_detail USING (order_id) WHERE order_master.pay_status = 0 AND order_detail.detail_id = 1558963262141624521;

既可以先从表 order_master 里面取出 pay_status = 0 的记录的 order_id 值，再根据 order_id 值关联到表 order_detail，再判断 order_detail 里面 detail_id 的值是否等于 1558963262141624521。

也可以先从表 order_detail 里面取出 detail_id = 1558963262141624521 的记录的 order_id 值，再根据 order_id 值关联到 order_master，再判断 order_master 里面 pay_status 的值是否等于 0。

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。优化器阶段完成后，这个语句的执行方案就确定下来了，然后进入执行器阶段。

执行器（Actuator）

MySQL 通过分析器知道了要做什么，通过优化器知道了该怎么做，于是就进入了执行器阶段，开始执行语句。

开始执行的时候，要先判断一下你对这个表 user_info 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 (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。查询也会在优化器之前调用 precheck 验证权限)。

mysql> select * from user_info where id = 1;ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'wupx'@'localhost' for table 'user_info'

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 user_info 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 引擎接口取这个表的第一行，判断 id 值是不是 1，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。

3、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。

对于有索引的表，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。

数据库的慢查询日志中有 rows_examined 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 并不是完全相同的。

总结

主要通过对一个 SQL 语句完整执行过程进行讲解，介绍 MySQL 的逻辑架构，MySQL 主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器这几个模块。

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