01 | 基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的？

青旅半醒 2023-02-17 02:58 8阅读 0赞

本专栏将开始学习林老师总结的MySQL学习专栏,当然本专栏并不会照本宣科,还会加入自己的一些理解与内容补充.

我们经常说，看一个事儿千万不要直接陷入细节里，你应该先鸟瞰其全貌，这样能够帮助你从高维度理解问题。同样，对于 MySQL 的学习也是这样。平时我们使用数据库，看到的通常都是一个整体。比如，你有个最简单的表，表里只有一个 ID 字段，在执行下面这个查询语句时：

mysql> select * from T where ID=1 and Age > 30；

想必大家都用过 select 吧，可是MySQL究竟做了什么，这条语句走了哪些流程，可能并不是特别清楚，下面我将从MySQL是如何通过一整套流程来最终实现语句的执行情况角度进行分析，MySQL内部到底做了哪些事！

# MySQL的基本架构示意图 #

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上图逻辑不清楚？看下图

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从该图可以看出，MySQL架构分为Server层和存储引擎层两部分

Server层：

Server层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能，以及所有的内置函数（如日期、时间、数学和加密函数等），所有跨存储引擎的功能都在这一层实现，比如存储过程、触发器、视图等。

存储引擎层负责数据的存储和提取，其架构模式为插件式，其支持的InnoDB、MyiSAM、Memory等多个存储引擎，现在最常用的存储引擎是InnoDB，他从MySQL5.5开始已经变成了默认的存储引擎

等于说，当你使用create table建表语句时，如果不指定存储引擎类型时，将会默认为InnoDB，当然，你也可以使用在创建表时指定存储引擎类型，比如在 create table语句中使用engine = memory，不同存储引擎的表数据存取方式不同，支持的功能也不同。

从基本架构示意图中不难看出其一个Server层被多个存储引擎使用，下面我将从一条SQL语句开始，分别介绍每一层，每一核心功能具体都做了哪些事。

## 1.Server层-连接器 ##

第一步，你会先连接到这个数据库上，这时候接待你的就是连接器。连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的：

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

参数解读：

h：SQL的主机地址

P：连接端口

u：用户名

p：密码

*一般我们在生产环境不建议直接将密码输入，而是先将密码省略，回车再进行输入密码，保证安全及隐私性。*

连接命令中的 mysql 是客户端工具，用来跟服务端建立连接。在完成经典的 TCP 握手后，连接器就要开始认证你的身份，这个时候用的就是你输入的用户名和密码。

*  如果用户名或密码不对，你就会收到一个"Access denied for user"的错误，然后客户端程序结束执行。
 *  如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出你拥有的权限（这里只是取出权限，并不对权限做校验）。之后，这个连接里面的权限判断逻辑，都将依赖于此时读到的权限。

为什么将这段话标红了呢？其原因在，如果用户B以（1,2,3）权限进行连接，验证通过，如果此时管理员将B用户的权限3删除了，但是用户B并没有结束掉本次连接，那么用户B还可以在维持本次连接的基础上，继续拥有权限3，直到结束本次连接再次连接时，权限3删除操作才可以生效。

连接完成后，如果你没有后续的动作，这个连接就处于空闲状态，你可以在 show processlist 命令中看到它。文本中这个图是 show processlist 的结果，其中的 Command 列显示为“Sleep”的这一行，就表示现在系统里面有一个空闲连接。

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客户端如果太长时间没动静，连接器就会自动将它断开。这个时间是由参数 wait\_timeout 控制的，默认值是 8 小时。

（Connect\_timeout 指的是“连接过程中”的等待时间， wait\_timeout指的是“连接完成后，使用过程中”的等待时间）

如果在连接被断开之后，客户端再次发送请求的话，就会收到一个错误提醒： Lost connection to MySQL server during query。这时候如果你要继续，就需要重连，然后再执行请求了。

数据库里面，长连接是指连接成功后，如果客户端持续有请求，则一直使用同一个连接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接，下次查询再重新建立一个。

建立连接的过程通常是比较复杂的，所以我建议你在使用中要尽量减少建立连接的动作，也就是尽量使用长连接。

但是全部使用长连接后，你可能会发现，有些时候 MySQL 占用内存涨得特别快，这是因为 MySQL 在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。这些资源会在连接断开的时候才释放。所以如果长连接累积下来，可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉（OOM），从现象看就是 MySQL 异常重启了。怎么解决这个问题呢？你可以考虑以下两种方案。

*  定期断开长连接。使用一段时间，或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后，断开连接，之后要查询再重连。
 *  如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行 mysql\_reset\_connection 来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证，但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

以上两种方案是站在MySQL方面进行分析解决的，当然还有其他方案，我们引入池的思想

数据库连接池

*数据库连接池，就是服务器应用建立多个连接到数据库，还没有用的连接就放到连接池上，要的时候就向连接池取，这样比没有连接时再建立新的连接（TCP 建立连接是需要时间的）时要快很多，从而提高传输效率。*

如 Spring 框架中，它实现了一个持久连接池，允许其他程序、客户端来连接，这个连接池将被所有连接的客户端共享使用，连接池可以加速连接，也可以减少数据库连接，降低数据库服务器的负载。

## 2.Server层-查询缓存 ##

连接建立完成后，你就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步：查询缓存（Query\_cache）。

MySQL 拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式，被直接缓存在内存中。key 是查询的语句，value 是查询的结果。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key，那么这个 value 就会被直接返回给客户端。

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如果语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行阶段。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。你可以看到，如果查询命中缓存，MySQL 不需要执行后面的复杂操作，就可以直接返回结果，这个效率会很高。

**但是大多数情况下我会建议你不要使用查询缓存，为什么呢？因为查询缓存往往弊大于利**

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。因此很可能你费劲地把结果存起来，还没使用呢，就被一个更新全清空了。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。除非你的业务就是有一张静态表，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。

好在 MySQL 也提供了这种“按需使用”的方式。你可以将参数 query\_cache\_type 设置成 DEMAND，这样对于默认的 SQL 语句都不使用查询缓存。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，像下面这个语句一样：

mysql> select SQL_CACHE * from T where ID=10；

需要注意的是，MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了(是Query\_cache，不是Buffer pool)，也就是说 8.0 开始彻底没有这个功能了。

## 3.Server层-分析器 ##

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。首先，MySQL 需要知道你要做什么，因此需要对 SQL 语句做解析。

### 3.1词法分析 ###

分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句，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，这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”，把字符串“ID”识别成“列 ID”。

### 3.2语法分析 ###

做完了这些识别以后，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，判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

如果你的语句不对，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 select 少打了开头的字母“s”。

语法分析会对 SQL 做一些语法检查，比如单引号有没有闭合，然后根据 MySQL 定义的语法规则，根据 SQL 语句生成一个数据结构。这个数据结构我们把它叫做解析树（select\_lex）。

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### 3.3预处理器 ###

问题：如果我写了一个词法和语法都正确的 SQL，但是表名或者字段不存在，会在哪里报错？是在数据库的执行层还是解析器？

比如：

select * from girlFriend;

如果这个girlFriend并不存在，那会在哪里报错？

解析器可以分析语法，但是它怎么知道数据库里面有什么表，表里面有什么字段呢？

实际上还是在解析的时候报错，解析 SQL 的环节里面有个预处理器。它会检查生成的解析树，解决解析器无法解析的语义。比如，它会检查表和列名是否存在，检查名字和别名，保证没有歧义。预处理之后得到一个新的解析树

参考文章：[https://www.cnblogs.com/flgb/p/12122293.html][https_www.cnblogs.com_flgb_p_12122293.html]

## 4.Server层-优化器 ##

经过了分析器，MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前，还要先经过优化器的处理。

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 t1 join t2 using(ID)  where t1.c=10 and t2.d=20;

*  既可以先从表 t1 里面取出 c=10 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到表 t2，再判断 t2 里面 d 的值是否等于 20。
 *  也可以先从表 t2 里面取出 d=20 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到 t1，再判断 t1 里面 c 的值是否等于 10。

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。如果你还有一些疑问，比如优化器是怎么选择索引的，有没有可能选择错等等，没关系，我会在后面的文章中单独展开说明优化器的内容。执行器

## 5.Server层-执行器 ##

MySQL 通过分析器知道了你要做什么，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 T 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 (在工程实现上，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 T where ID=10;
    
    ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'

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 T 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 10，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。

至此，这个语句就执行完成了。

对于有索引的表，执行的逻辑也差不多。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，这些接口都是引擎中已经定义好的。

你会在数据库的慢查询日志中看到一个 rows\_examined 的字段，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。我们后面会专门有一篇文章来讲存储引擎的内部机制，里面会有详细的说明。

# #

参考文章： [https://blog.csdn.net/bruce\_6/article/details/84383878][https_blog.csdn.net_bruce_6_article_details_84383878]

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[https_blog.csdn.net_bruce_6_article_details_84383878]: https://blog.csdn.net/bruce_6/article/details/84383878