分析SQL查詢語句是如何執行的

首先有一個user_info 表，表裡有一個id 字段，執行下面這條查詢語句：

select * from user_info where id = 1;

回傳結果為：

mysql基本架構示意圖：

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大體上，MySQL 分為Server 層和儲存引擎層兩部分。

Server 層包括連接器、查詢快取、分析器、執行器等，以及所有的內建函數（如日期、時間、數學和加密函數等）和跨儲存引擎的功能（如預存程序、觸發器、視圖）。

儲存引擎層負責資料的儲存和提取，支援 InnoDB、MyISAM、Memory 等多個儲存引擎。 MySQL 5.5.5 版本後預設儲存儲存引擎是 InnoDB。

連接器（Connector）

在查詢 SQL 語句前，肯定要先建立與 MySQL 的連接，而這就是由連接器來完成的。連接器負責跟隨客戶端建立連線、取得權限、維持和管理連線。連線指令為：

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

輸入密碼，驗證通過後，連接器會到權限表裡面查出你擁有的權限，之後這個連線裡面的權限判斷邏輯，都會依賴此時讀到的權限，一個使用者成功建立連線後，即使管理員對這個使用者的權限做了修改，也不會影響已經存在連線的權限，修改完後，只有再新建的連線才會使用新的權限設定。

連線完成後，如果你沒有後續的動作，這個連線就處於空閒狀態，你可以在 show processlist 指令中看到它。結果如下：

客戶端如果太長時間沒動靜，連接器就會自動將它斷開；這個時間是由參數wait_timeout 控制的，預設值是8小時。如果在連接被斷開之後，客戶端再次發送請求的話，就會收到一個錯誤提醒：Lost connection to MySQL server during query

長連接和短連線

資料庫裡面，長連線是指連線成功後，如果客戶端持續有請求，則一直使用同一個連線。短連接則是指每次執行完很少的幾次查詢就斷開連接，下次查詢再重新建立一個。

建立連結的過程通常是比較複雜的，建議在使用中要盡量減少建立連結的動作，盡量使用長連結。但全部使用長連線後，有時候 MySQL 佔用記憶體漲得特別快，這是因為 MySQL 在執行過程中臨時使用的記憶體是管理在連線物件裡面的。

這些資源會在連線中斷的時候才會被釋放。所以如果長連線累積下來，可能導致記憶體佔用太大，被系統強行殺掉（OOM），從現像看就是 MySQL 異常重啟了。

要怎麼解決這個問題呢？可以考慮以下兩種方案：

會定期斷開長連接。使用一段時間，或程式裡面判斷執行過一個佔用記憶體的大查詢後，斷開連接，之後要查詢再重連。 MySQL 5.7 以上版本，每次執行一個比較大的操作後，可以執行 mysql_reset_connection 來重新初始化連線資源。這個過程不需要重連和重新做權限驗證，但是會將連線恢復到剛建立完時的狀態。

查詢快取（Query Cache）

在建立連線後，就開始執行 select 語句了，執行前會先查詢快取。

MySQL 拿到查詢要求後，會先查詢緩存，看是不是執行過這條語句。執行過的語句及其結果會以 key-value 對的形式保存在一定的記憶體區域中。 key 是查詢的語句，value 是查詢的結果。如果你的查詢能夠直接在這個快取中找到 key，那麼這個
value 就會直接回傳給客戶端。

如果語句不在查詢快取中，就會繼續後面的執行階段。執行完成後，執行結果會存入查詢快取。如果查詢命中緩存，MySQL 不需要執行後面的複雜操作，就可以直接回傳結果，會提升效率。

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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