知其然,当知其所以然。Mysql作为我们后端的重中之重,搞懂其执行原理非常有必要。
甚至有人这么说:Java一定要搞好的三板斧有【数据结构】、【Mysql】、【Spring】。只要你能舞好这三板斧,基本上可以成为一个比较优秀的JavaCoder了。
同学们知道,自己写出来的SQL,它的执行顺序是怎样的吗?或许有小伙伴会想:知道了又怎样,我不知道不一样写?
不一定的同学们,如果你知道了执行顺序,起码你在写SQL的时候不会四顾茫然,而是下笔如有神。这就好像是开启了内视一样,你的武功心法在经脉中式如何运气,你一清二楚。
(PS:下面比较重要的是,理解select
语句的执行顺序)
(PS:下面比较重要的是,理解select
语句的执行顺序)
(PS:下面比较重要的是,理解select
语句的执行顺序)
1)查询语句顺序
2)插入执行顺序
4)删除执行顺序
在介绍之前,这边还是先给大家一个比较全面的,Mysql内部组件结构图。
大体来说,Mysql可以分为:Server层和引擎层。
主要包括:连接器、查询缓存、词法分析器、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、字符串、数字和加密函数等)。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取。其架构模式是插件式的,支持Innodb、MyIsam、Memory等多个存储引擎。现在最常用的是Innodb,他从Mysql5.5.5版本开始成为了默认的存储引擎。
这是我随便截图的一个,自己创建的,创建的时候并没有去刻意指定引擎层:
CREATE TABLE `student_info` (
`student_id` int(11) DEFAULT NULL,
`student_name` varchar(255) DEFAULT NULL,
`student_age` int(255) DEFAULT NULL,
`student_score` decimal(8,1) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
下面我们重点来分析连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器分别主要干了哪些事情。
不得不说,很多初学者,刚接触Mysql的时候,都有点傻傻分不清Mysql的服务端跟客户端分别是什么。简单来说,我们在服务器安装的Mysql5.X或者Mysql8.x就是服务端,如下图,用PhpStudy提示要安装的数据库服务:
上面这些就是服务端,它首先是一个独立的软件,跟我们Java什么的没有半毛钱关系。
既然是服务端,那我们通常就需要一些客户端去连接使用。我们常用的客户端:navicat、mysql front、jdbc、SQLyog等,其实可以看做是【可视化客户端】的一些种类,除此之外当然还有非可视化的,最典型的非可视化的就是我们在服务端上,使用mysql -h host -u root -p
这种交互式的(如果你们看了我最开始的结构图,会发现,我把【Java程序】也当作是客户端的一种了)
而客户端要向mysql发起通信都必须先跟Server端建立通信连接,而建立连接的工作就是有连接器完成的。
在建立连接的时候,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:
[root@192 ~]# mysql -h host[数据库地址] -u root[用户] -p root[密码] -P 3306
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。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。
这就意味着,一个用户成功建立连接后,即使你用管理员账号对这个用户的权限做了修改,也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后,只有再新建的连接才会使用新的权限设置。用户的权限表在系统表空间的mysql的user表中。
修改user密码:
mysql> CREATE USER 'username'@'host' IDENTIFIED BY 'password'; //创建新用户
mysql> grant all privileges on *.* to 'username'@'%'; //赋权限,%表示所有(host)
mysql> flush privileges //刷新数据库
mysql> update user set password=password(”123456″) where user=’root’;(设置用户名密码)
mysql> show grants for root@"%"; 查看当前用户的权限
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,关闭连接 kill
客户端如果长时间不发送command到Server端,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。
查看wait_timeout:
mysql> show global variables like "wait_timeout";
mysql>set global wait_timeout=28800; 设置全局服务器关闭非交互连接之前等待活动的秒数
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(开发当中我们大多数时候用的都是长连接,把连接放在Pool内进行管理,但是长连接有些时候会导致 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)
怎么解决这类问题呢?
- 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
常用的一些操作:
mysql>show databases; 显示所有数据库
mysql>use dbname; 打开数据库:
mysql>show tables; 显示数据库mysql中所有的表;
mysql>describe user; 显示表mysql数据库中user表的列信息);
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。
查询缓存过程
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。
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。
查询缓存缺点
但其实,大多数情况下,Mysql的查询缓存是一个鸡肋的功能。为什么呢?
因为查询缓存的失效非常频繁,Mysql的缓存失效策略是: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。
查询缓存建议
一般建议大家在静态表里使用查询缓存,什么叫静态表呢?就是一般我们极少更新的表。比如,一个系统配置表、字典表,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my.cnf
参数 query_cache_type
设置成 DEMAND
。
my.cnf
#query_cache_type有3个值 0代表关闭查询缓存OFF,1代表开启ON,2(DEMAND)代表当sql语句中有SQL_CACHE关键词时才缓存
query_cache_type=2
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 test where ID=5;
查看当前mysql实例是否开启缓存机制:
mysql> show global variables like "%query_cache_type%";
监控查询缓存的命中率:
mysql> show status like'%Qcache%'; //查看运行的缓存信息
(PS:mysql8.0已经移除了查询缓存功能)
如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句了。这是第三步,分析sql语句。分析过程如下:
[Err] 1064 - You have an error in your SQL syntax;
就是【语法分析】器分析过后给你的结果)mysql> select * fro test where id=1;
ERROR 1064 (42000): 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 'fro test where id=1' at line 1
词法分析器分成6个主要步骤完成对sql语句的分析:
- 词法分析
- 语法分析
- 语义分析
- 构造执行树
- 生成执行计划
- 执行计划
下图是SQL词法分析的过程步骤:
SQL语句的分析分为词法分析与语法分析,mysql的词法分析由MySQLLex(MySQL自己实现的)完成;语法分析由Bison生成。
那么除了Bison外,Java当中也有开源的词法结构分析工具例如Antlr4,ANTLR从语法生成一个解析器,可以构建和遍历解析树,可以在IDEA工具当中安装插件:antlr v4 grammar plugin。插件使用详见课程。
经过bison语法分析之后,会生成一个这样的语法树:
至此我们分析器的工作任务也基本圆满了。接下来进入到优化器。
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。优化器有什么作用呢?
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(不然光凭程序员自己写,很多多表联查的SQL性能都有点惨不忍睹)。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 test1 join test2 using(ID) where test1.name=yangguo and test2.name=xiaolongnv;
上面这条sql,原则上可以这么查询:
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。
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 test where id=1;
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 test 中,ID 字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的:
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。