MySQL45讲-1-一条SQL查询语句是如何执行的?

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MySQL结构

通常我们在使用MySQL时，不太关心底层是如何执行的，但是我们如果了解MySQL的结构，在排查问题时也会更加方便。

大体来说，MySQL可以分为Server层和存储引擎层两部分，Server层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等，用来执行核心功能以及实现内置函数，所有的跨存储引擎的功能都在这一层上实现，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，并且是可拔插式的插件模式，可方便地切换存储引擎，目前最常用的是InnoDB引擎，并从MySQL5.5.5版本成为了默认的存储引擎。

连接器

连接器负责和客户端建立连接，获取权限，维持和管理连接。

连接命令一般如下所示：

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

输完命令之后，你就需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在 -p 后面写在命令行中，但这样可能会导致你的密码泄露。

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我们的身份，这个时候用的就是我们输入的用户名和密码。

• 如果用户名或密码不对，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我们拥有的权限。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，即使我们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。

连接完成后，即使没有后续动作，连接器也会帮我们维持这个连接，默认维持8个小时的连接，连接断开后，客户端再次发送请求将不被接收，需要重新连接方可建立。

由于连接的建立一般比较复杂，所以一般要尽量使用长连接，但是也不能全部都使用长连接，可能会使MySQL内存溢出，导致异常重启。

所以，在生产环境中，一般使用如下方案：

1. 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。
2. 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。

查询缓存

连接建立完成后，就可以执行select查询，MySQL得到SQL语句后，会先去缓存中是否执行过该语句，之前查询过的语句会以key-value的形式，直接缓存在内存中。key为查询的语句，value是查询的结果。

若语句不在缓存中，则执行后续操作，执行完成后，执行结果又将会被存入缓存中。但是，在生产环境中，并不推荐使用缓存。

因为查询缓存的失效十分频繁，只要有对于一个表的更新，这个表上的所有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。

MySQL也提供了“按需使用的方式”，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。

如下所示：

select SQL_CACHE * from T where ID=10;

但要注意MySQL8.0起直接将查询缓存的整块功能都删掉了。

分析器

如果没有命中查询缓存，就要开始真正执行语句了。

MySQL首先会对SQL语句做“词法分析”，MySQL将会把由多个字符串和空格组合成的SQL语句分析识别得到每个字符串是什么，代表什么。

当做完了词法分析时，分析器又要做“语法分析”。根据上步分析得到的结果，分析SQL语句是否为MySQL的语法，若语法不对，则会提示“You have an error in your SQL syntax”。

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以我们要关注的是紧接“use near”的内容。

优化器

经过了分析器的分析，MySQL就知道我们要做什么了，但是在开始执行之前，还要经过优化器的处理，优化器是当表中有多个索引时，由优化器来分析决定使用哪个索引；或者一个语句有多表关联（join）时，决定各个表的连接顺序。

如下语句：

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。

这两种方式的逻辑结果是一致的，但是执行的效率会有所不同，而优化器的作用就是用来选择执行哪一个方案。

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。

如上述例子，若ID字段没有用索引，那么执行流程如下：

调用InnoDB引擎的接口读取每一行，判断是否满足选择条件，并将所有满足条件的行记录作为结果集返回给客户端。

在数据库的查询日志中有一个名为rows_examined的字段，表示语句执行过程中扫描了多少行，这个值便是执行器在每次调用引擎来获取数据行时累加得到的。但是在有些常见下，执行器调用一次，在引擎内部扫描了多行，所以引擎扫描行数跟 rows_examined 并不是完全相同的。

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