MySQL体系结构详解

时间：03-07来源：作者：点击数：

麻雀虽小，五脏俱全。MySQL 虽然以简单著称，但其内部结构并不简单，本节主要介绍 MySQL 的整体架构组成。

学习 MySQL 就好比盖房子，如果想把房子盖的特别高，地基一定要稳，基础一定要牢固。学习 MySQL 数据库前要先了解它的体系结构，这是学好 MySQL 数据库的前提。

MySQL 由连接池、SQL 接口、解析器、优化器、缓存、存储引擎等组成，可以分为三层，即 MySQL Server 层、存储引擎层和文件系统层。MySQL Server 层又包括连接层和 SQL 层。如下是官方文档中 MySQL 的基础架构图：

MySQL基础架构图

上图中，Connection pool 为连接层，Management Services & Utilities ...Caches & Buffers 为 SQL 层，Pluggable Storage Engines 为存储引擎层，File system、Files & Logs 为文件系统层。

Connectors 不属于以上任何一层，可以将 Connectors 理解为各种客户端、应用服务，主要指的是不同语言与 SQL 的交互。

1. 连接层

应用程序通过接口（如 ODBC、JDBC）来连接 MySQL，最先连接处理的是连接层。连接层包括通信协议、线程处理、用户名密码认证 3 部分。

通信协议负责检测客户端版本是否兼容 MySQL 服务端。
线程处理是指每一个连接请求都会分配一个对应的线程，相当于一条 SQL 对应一个线程，一个线程对应一个逻辑 CPU，在多个逻辑 CPU 之间进行切换。
密码认证用来验证用户创建的账号、密码，以及 host 主机授权是否可以连接到 MySQL 服务器。

Connection Pool（连接池）属于连接层。由于每次建立连接都需要消耗很多时间，连接池的作用就是将用户连接、用户名、密码、权限校验、线程处理等需要缓存的需求缓存下来，下次可以直接用已经建立好的连接，提升服务器性能。

2. SQL层

SQL 层是 MySQL 的核心，MySQL 的核心服务都是在这层实现的。主要包含权限判断、查询缓存、解析器、预处理、查询优化器、缓存和执行计划。

权限判断可以审核用户有没有访问某个库、某个表，或者表里某行数据的权限。
查询缓存通过 Query Cache 进行操作，如果数据在 Query Cache 中，则直接返回结果给客户端，不必再进行查询解析、优化和执行等过程。
查询解析器针对 SQL 语句进行解析，判断语法是否正确。
预处理器对解析器无法解析的语义进行处理。
查询优化器对 SQL 进行改写和相应的优化，并生成最优的执行计划，就可以调用程序的 API 接口，通过存储引擎层访问数据。

Management Services & Utilities、SQL Interface、Parser、Optimizer 和 Caches & Buffers 属于 SQL 层，详细说明如下表所示。

名称	说明
Management Services & Utilities	MySQL 的系统管理和控制工具，包括备份恢复、MySQL 复制、集群等。
SQL Interface（SQL 接口）	用来接收用户的 SQL 命令，返回用户需要查询的结果。例如 SELECT FROM 就是调用 SQL Interface。
Parser（查询解析器）	在 SQL 命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析，以便 MySQL 优化器可以识别的数据结构或返回 SQL 语句的错误。
Optimizer（查询优化器）	SQL 语句在查询之前会使用查询优化器对查询进行优化，同时验证用户是否有权限进行查询，缓存中是否有可用的最新数据。它使用“选取-投影-连接”策略进行查询。例如 `SELECT id, name FROM student WHERE gender = "女";`语句中，SELECT 查询先根据 WHERE 语句进行选取，而不是将表全部查询出来以后再进行 gender 过滤。SELECT 查询先根据 id 和 name 进行属性投影，而不是将属性全部取出以后再进行过滤，将这两个查询条件连接起来生成最终查询结果。
Caches & Buffers（查询缓存）	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。这个缓存机制是由一系列小缓存组成的，比如表缓存、记录缓存、key 缓存、权限缓存等。