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MySQL架构原理

2021年08月11日8240百度已收录

Mysql架构原理一、Mysql架构原理1.1Mysql概述MySQL 是最流行的关系型数据库软件之一,由于其体积小、速度快、开源免费、简单易用、维护成本低等,在集群架构中易于扩展、高可用,因此深受开发者和企业的欢迎。

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第1张

Oracle和MySQL是世界市场占比最高的两种数据库。

IOE:IBM的服务器,Oracle数据库,EMC存储设备。都是有钱的公司产品采购,例如银行、电信、石油、证券等大企业。

Oracle:垄断,有钱的大企业采用,互联网企业之外使用第一。

MySQL:互联网高速发展,互联网企业使用第一。

1、MySQL发展历程如下MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第2张

2、MySQL主流分支如下图所示

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第3张

MySQL从最初的1.0、3.1到后来的8.0,发生了各种各样的变化。被Oracle收购后,MySQL的版本演化出了多个分支,除了需要付费的MySQL企业版本,还有很多MySQL社区版本。还有一条分支非常流行的开源分支版本叫Percona Server,它是MySQL的技术支持公司Percona推出的,也是在实际工作中经常碰到的。Percona Server在MySQL官方版本的基础上做了一些补丁和优化,同时推出了一些工具。另外一个非常不错的版本叫MariaDB,它是MySQL的公司被Oracle收购后,MySQL的创始人Monty先生,按原来的思路重新写的一套新数据库,同时也把 InnoDB 引擎作为主要存储引擎,也算 MySQL 的分支。

3、MySQL应用架构演变单机单裤-v1.0一个简单的小型网站或者应用背后的架构可以非常简单, 数据存储只需要一个MySQL Instance就能满足数据读取和写入需求(这里忽略掉了数据备份的实例),处于这个的阶段系统,一般会把所有的信息存到一个MySQL Instance里面。

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第4张

v1.0瓶颈

数据量太大,超出一台服务器承受读写操作量太大,超出一台服务器承受一台服务器挂了,应用也会挂掉(可用性差)主从架构-架构v2.0V2.0架构主要解决架构V1.0下的高可用和读扩展问题,通过给Instance挂载从库解决读取的压力,主库宕机也可以通过主从切换保障高可用。在MySQL的场景下就是通过主从结构(双主结构也属于特殊的主从),主库抗写压力,通过从库来分担读压力,对于写少读多的应用,V2.0主从架构完全能够胜任。

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第5张

V2.0瓶颈

数据量太大,超出一台服务器承受写操作太大,超出一台M服务器承受分库分表-架构v3.0对于V1.0和V2.0遇到写入瓶颈和存储瓶颈时,可以通过水平拆分来解决,水平拆分和垂直拆分有较大区别,垂直拆分拆完的结果,每一个实例都是拥有全部数据的,而水平拆分之后,任何实例都只有全量的1/n的数据。以下图所示,将Userinfo拆分为3个Sharding,每个Sharding持有总量的1/3数据,3个Sharding数据的总和等于一份完整数据。

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第6张

数据如何路由成为一个关键问题, 一般可以采用范围拆分,List拆分、Hash拆分等。

如何保持数据的一致性也是个难题。

云数据库-架构v4.0云数据库(云计算)现在是各大IT公司内部作为节约成本的一个突破口,对于数据存储的MySQL来说,如何让其成为一个saas(Software as a Service)是关键点。MySQL作为一个saas服务,服务提供商负责解决可配置性,可扩展性,多用户存储结构设计等这些疑难问题。

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1.2MySQL体系架构概述

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1、网络连接层客户端连接器(Client Connectors):提供与MySQL服务器建立的支持。目前几乎支持所有主流的服务端编程技术,例如常见的 Java、C、Python、.NET等,它们通过各自API技术与MySQL建立连接。

2、服务层服务层是MySQL Server的核心,主要包含系统管理和控制工具、连接池、SQL接口、解析器、查询优化器和缓存六个部分:

连接池(Connection Pool):负责存储和管理客户端与数据库的连接,一个线程负责管理一个连接。系统管理和控制工具(Management Services & Utilities):例如备份恢复、安全管理、集群管理等。SQL接口(SQL Interface):用于接受客户端发送的各种SQL命令,并且返回用户需要查询的结果。比如DML、DDL、存储过程、视图、触发器等。解析器(Parser):负责将请求的SQL解析生成一个"解析树"。然后根据一些MySQL规则进一步检查解析树是否合法。查询优化器(Optimizer):当“解析树”通过解析器语法检查后,将交由优化器将其转化成执行计划,然后与存储引擎交互。缓存(Cache&Buffer): 缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存,记录缓存,权限缓存,引擎缓存等。如果查询缓存有命中的查询结果,查询语句就可以直接去查询缓存中取数据。3、存储引擎层存储引擎负责MySQL中数据的存储与提取,与底层系统文件进行交互。MySQL存储引擎是插件式的,服务器中的查询执行引擎通过接口与存储引擎进行通信,接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异 。现在有很多种存储引擎,各有各的特点,最常见的是MyISAM和InnoDB。

4、系统文件层该层负责将数据库的数据和日志存储在文件系统之上,并完成与存储引擎的交互,是文件的物理存储层。主要包含日志文件,数据文件,配置文件,pid 文件,socket 文件等。

日志文件错误日志(Error log):默认开启,show variables like '%log_error%'通用查询日志(General query log):记录一般查询语句,show variables like '%general%';二进制日志(binary log):记录了对MySQL数据库执行的更改操作,并且记录了语句的发生时间、执行时长;但是它不记录select、show等不修改数据库的SQL。主要用于数据库恢复和主从复制。show variables like '%log_bin%'; //是否开启show variables like '%binlog%'; //参数查看show binary logs;//查看日志文件

慢查询日志(Slow query log):记录所有执行时间超时的查询SQL,默认是10秒。show variables like '%slow_query%'; //是否开启show variables like '%long_query_time%'; //时长

配置文件用于存放MySQL所有的配置信息文件,比如my.cnf、my.ini等。

数据文件db.opt 文件:记录这个库的默认使用的字符集和校验规则。frm 文件:存储与表相关的元数据(meta)信息,包括表结构的定义信息等,每一张表都会有一个frm 文件。MYD 文件:MyISAM 存储引擎专用,存放 MyISAM 表的数据(data),每一张表都会有一个.MYD 文件。MYI 文件:MyISAM 存储引擎专用,存放 MyISAM 表的索引相关信息,每一张 MyISAM 表对应一个.MYI 文件。ibd文件和 IBDATA 文件:存放 InnoDB 的数据文件(包括索引)。InnoDB 存储引擎有两种表空间方式:独享表空间和共享表空间。独享表空间使用 .ibd 文件来存放数据,且每一张InnoDB 表对应一个 .ibd 文件。共享表空间使用 .ibdata 文件,所有表共同使用一个(或多个,自行配置).ibdata 文件。ibdata1 文件:系统表空间数据文件,存储表元数据、Undo日志等 。ib_logfile0、ib_logfile1 文件:Redo log 日志文件。pid 文件:pid 文件是 mysqld 应用程序在 Unix/Linux 环境下的一个进程文件,和许多其他 Unix/Linux 服务端程序一样,它存放着自己的进程 id。socket 文件:socket 文件也是在 Unix/Linux 环境下才有的,用户在 Unix/Linux 环境下客户端连接可以不通过TCP/IP 网络而直接使用 Unix Socket 来连接 MySQL。

1.3SQL运行机制

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第9张

1、连接机制

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建立连接(Connectors&Connection Pool):通过客户端/服务器通信协议与MySQL建立连接。MySQL 客户端与服务端的通信方式是 “半双工”。对于每一个 MySQL 的连接,时刻都有一个线程状态来标识这个连接正在做什么。

通讯机制

全双工:能同时发送和接收数据,例如打电话。半双工:指的某一时刻,要么发送数据,要么接收数据,不能同时。例如早期对讲机单工:只能发送数据或只能接收数据。例如遥控器线程状态:

MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第11张

show processlist; //查看用户正在运行的线程信息,root用户能查看所有线程,其他用户只能看自己的

id:线程ID,可以使用kill xx;user:启动这个线程的用户Host:发送请求的客户端的IP和端口号db:当前命令在哪个库执行Command:该线程正在执行的操作命令Create DB:正在创建库操作Drop DB:正在删除库操作Execute:正在执行一个PreparedStatementClose Stmt:正在关闭一个PreparedStatementQuery:正在执行一个语句Sleep:正在等待客户端发送语句Quit:正在退出Shutdown:正在关闭服务器

Time:表示该线程处于当前状态的时间,单位是秒State:线程状态Updating:正在搜索匹配记录,进行修改Sleeping:正在等待客户端发送新请求Starting:正在执行请求处理Checking table:正在检查数据表Closing table : 正在将表中数据刷新到磁盘中Locked:被其他查询锁住了记录Sending Data:正在处理Select查询,同时将结果发送给客户端Info:一般记录线程执行的语句,默认显示前100个字符。想查看完整的使用show full processlist;2、查询缓存查询缓存(Cache&Buffer):这是MySQL的一个可优化查询的地方,如果开启了查询缓存且在查询缓存过程中查询到完全相同的SQL语句,则将查询结果直接返回给客户端;如果没有开启查询缓存或者没有查询到完全相同的 SQL 语句则会由解析器进行语法语义解析,并生成“解析树”。

缓存Select查询的结果和SQL语句执行Select查询时,先查询缓存,判断是否存在可用的记录集,要求是否完全相同(包括参数值),这样才会匹配缓存数据命中。即使开启查询缓存,以下SQL也不能缓存查询语句使用SQL_NO_CACHE查询的结果大于query_cache_limit设置查询中有一些不确定的参数,比如now()

show variables like '%query_cache%'; //查看查询缓存是否启用,空间大小,限制等MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第12张

show status like 'Qcache%'; //查看更详细的缓存参数,可用缓存空间,缓存块,缓存多少等MySQL架构原理  架构 原理 MySQL 第13张

实际使用中比较鸡肋,只要sql有一点改动就不会命中缓存。

3、解析器解析器(Parser):将客户端发送的SQL进行语法解析,生成"解析树"。预处理器根据一些MySQL规则进一步检查“解析树”是否合法,例如这里将检查数据表和数据列是否存在,还会解析名字和别名,看看它们是否有歧义,最后生成新的“解析树”。

4、查询优化器查询优化器(Optimizer)根据“解析树”生成最优的执行计划。MySQL使用很多优化策略生成最优的执行计划,可以分为两类:静态优化(编译时优化)、动态优化(运行时优化)。

等价变换策略5=5 and a>5 改成 a > 5a < b and a=5 改成b>5 and a=5基于联合索引,调整条件位置等优化count、min、max等函数InnoDB引擎min函数只需要找索引最左边InnoDB引擎max函数只需要找索引最右边MyISAM引擎count(*),不需要计算,直接返回提前终止查询使用了limit查询,获取limit所需的数据,就不在继续遍历后面数据in的优化MySQL对in查询,会先进行排序,再采用二分法查找数据。比如where id in (2,1,3),变成 in (1,2,3)

5、查询执行引擎查询执行引擎负责执行 SQL 语句,此时查询执行引擎会根据 SQL 语句中表的存储引擎类型,以及对应的API接口与底层存储引擎缓存或者物理文件的交互,得到查询结果并返回给客户端。若开启用查询缓存,这时会将SQL 语句和结果完整地保存到查询缓存(Cache&Buffer)中,以后若有相同的 SQL 语句执行则直接返回结果。

如果开启了查询缓存,先将查询结果做缓存操作返回结果过多,采用增量模式返回

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