MySQL--MySQL架构

不积跬步，无以至千里

    和其他数据库相比，MySQL有点与众不同，它的架构可以在多种不同场景中应用并发挥好的作用，但同时会带来一定选择上的困难。MySQL并不完美，却足够灵活，能够适应高要求的环境。
    本章概括的描述了MySQL的服务器架构、各种存储引擎之间的主要区别，以及这些区别的重要性。

• 1、MySQL逻辑架构
  • 1.1 连接管理与安全性
  • 1.2 优化与执行
• 2、并发控制
  • 2.1 读写锁
  • 2.2 锁粒度
• 3、事务
  • 3.1 隔离级别
  • 3.2 死锁
  • 3.3 事务日志
  • 3.4 MySQL中的事务
• 参考资料

1、MySQL逻辑架构

    最上层的服务并不是MySQL独有的，大多数基于网络的客户端/服务端的工具或者服务都有类似的架构。比如连接处理、授权认证、安全等等。

  第二层架构是MySQL是大多数核心服务功能，包括查询解析、分析、优化、以及所有的内置函数，所有跨存储引擎的功能都在这一层实现：存储过程、触发器、视图等。

  第三层包含了存储引擎。存储引擎负责MySQL中数据的存储和提取。

1.1 连接管理与安全性

  每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程，这个连接的查询只会在这个单独的线程中执行，该线程执行轮流在某个CPU核心或者CPU中运行。服务器会负责缓存线程，因此不需要为每一个创建的连接创建或者销毁线程。

  当客户端连接到MySQL服务器时，服务器需要对其认证。认证基于用户名、原始主机信息和密码。

1.2 优化与执行

  MySQL会解析查询，并创建内部数据结构，然后对其进行各种优化，包括重写查询、决定表的读写顺序、以及选择合适的索引等。用户可以通过特殊的关键提示优化器，影响他的决策过程。优化器并不关心使用的是什么存储引擎，但存储引擎对于优化查询是有影响的。优化器会请求存储引擎提供容器或某个具体操作的的开销信息，以及表数据的统计信息等。

2、并发控制

  无论何时，只要有多个数据查询需要在同一时刻修改数据，都会有并发的问题。

2.1 读写锁

  在处理并发读或者写时，可以通过一个由两种类型的锁组成的锁系统来解决这个问题。这两种类型的锁通常被称为共享锁（shared lock）或者排他锁（exclusive lock），也叫读锁（read lock）或者写锁（write lock）。
  读锁是共享的，是互不阻塞的。多个用户在同一时刻读取相同的资源，而互不干扰。写锁是排他的，也就是说写锁会阻塞其他的写锁和读锁，这是出于安全策略的考虑，只有这样才能确保其他用户不会读取正在写入的同一资源。

2.2 锁粒度

  每种MySQL存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度。在存储引擎中，锁管理是一个非常重要的决定。将锁粒度固定的某个级别，可以为某些特定场景提供更好的性能，但同时却会失去对另一场景的良好支持，好在MySQL支持多个存储引擎的架构，下面将介绍两种最重要的所策略。

1. 表锁（table lock）
   • 表锁是MySQL中最基本的锁策略，并且是开销最小的策略。它会锁定整张表。一个用户对表进行写操作前（插入，删除，更新等），需要先获得写锁，这会阻塞其他用户对表进行读写操作。只有在没有写锁时，其他用户才能获得读锁。读锁之间是互不阻塞的。
   • 写锁也比读锁有更高的优先级，写锁请求可能会被插到读锁前面，而反之则不可。尽管存储引擎可以管理自己的锁，MySQL本身还是会使用各种有效的表锁来实现不同的目标。例如：服务器会为诸如alter table 之类的语句使用表锁，而忽略存储引擎的表机制。
2. 行级锁（row lock）>
   • 行级锁最大程度上支持并发操作（也带来了最大的锁开销），在innodb和xtradb，以及其他一些存储引擎中使用了行级锁。行级锁只在存储引擎中实现，为没有在MySQL服务层中实现。

3、事务

  事务就是一组原子性的SQL查询，或者说一个独立的工作单元。如果数据库引擎能够成功的对数据库应用改组查询的全部语法，那么就执行该组查询。如果其中有一条语句因为崩溃或者其他原因无法执行，那么所有语句都不会执行。换句话说就是，事务内的语句要么全部执行成功，要么全部执行失败。
  一个良好的事务处理系统必须具备ACID这些标准特性。ACID表示原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）和持久性（durability）。

• 原子性（atomicity）

  一个事物必须视作一个不可分割的工作单元，整个事务中的所有操作要么全部提交成功要么全部失败回滚。

• 一致性（consistency）

  数据库总是从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。中途语句执行失败，因为事务最终没有提交，所以事务中所作的修改也不会修改并保存到数据库中，确保了数据的一致性。

• 隔离性（isolation）

  通常来说，一个事物所作的修改在最终提交之前，对其他的事务是不可见的。

• 持久性（durability）

  一旦事务提交，则其所作的修改就会永久的保存在数据库中。此时即使系统崩溃，修改的数据也不会丢失。持久性是个模糊的概念，实际持久性也分很多不同的级别。

  一个实现了ACID的数据库，相比没有实现的通常需要更大的CPU处理能力、更大的内存和更多的磁盘空间。用户可以根据业务是否需要事务处理，来选择合适的存储引擎。对于一些不需要的事务的查询类业务，选择一个非事务型的存储引擎，可以获得更高的性能。即使存储引擎不支持事务，也可以选择 lock tables 语句为应用提供一定的保护。

3.1 隔离级别

  隔离性比想象中更为复杂，在SQL定义了四种隔离级别：

1. READ UNCOMMITTED（未提交读）
   • 在该级别中，事务的修改，即使没有提交,对其他事务也是可见的。事务可以读取未提交的数据，这就是脏读（Drity Read）。从性能上来看缺乏其他级别的许多好处，除非有必要的理由，一般不会使用。
2. READ COMMITTED（提交读）
   • 大多数数据库默认的都是该级别，但MySQL不是。一个事务从开始直到提交之前，所作的任何修改对其他事务都是不可见的。这个级别有时也叫做不可重复读，因为两次执行同样的查询，可能会查询到不一样的结果。
3. REPEATABLE READ（可重复读）
   • 此级别解决了脏读的问题。该级别保证了同一个事务中多次读取同样记录的结果是一致的。但是理论上，可重复读还是无法解决另外一个幻读（Phantom Read）的问题。所谓幻读指的是当某个事务在读取某个范围内的值时，另外一个事物又在该范围内修改了记录。这是读取的还是之前查询的记录，会出现幻行（Phantom Row）。InnoDB和XtraDB存储引擎通过多版本并发控制（MVCC,Multiversion Concurrency Control）解决了这个问题。
   • 可重复读是MySQL的默认事务隔离级别。
4. SERIALIZABLE（可串行化）
   • 此级别是最高的隔离级别。它通过强制事务串行执行，避免了幻读的问题。简单来说，该级别会在读取的每一行数据上加锁，所以可能导致大量的超时和锁争用的的问题。实际应用中很少用到，除非非常需要确保数据的一致性并且接受没有并发的情况，才考虑该级别。

隔离级别	脏读可能性	不可重复读可能性	幻读可能性	加锁读
READ UNCOMMITTED	Yes	Yes	Yes	No
READ COMMITTED	No	Yes	Yes	No
REPEATABLE READ	No	No	Yes	No
SERIALIZABLE	No	No	No	Yes

3.2 死锁

  死锁是指两个或多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致恶性循环的现象。当多个事务试图以不同的顺序锁定资源时，就有可能会产生死锁。

  为了解决这种问题，数据库系统实现了各种死锁检测和死锁超时机制。越复杂的系统，比如innodb存储引擎，越能检测到死锁的循环依赖，并立即返回一个错误，这种解决方式很有效，否则会导致出现非常慢的查询。

3.3 事务日志

  事务日志可以帮助提高事务的效率。使用事务日志，存储引擎在修改表数据时只需要修改其内存拷贝，再把该修改行为记录到持久在次哦按上的事务日志中，而不是每次都将数据本身持久化到磁盘。如果修改的数据已经记录到事务日志并持久化，但数据本身还没有写回磁盘，此时系统崩溃，存储引擎在重启时能够自动恢复这部分修改的数据。具体的恢复方式则视存储引擎而定。

3.4 MYSQL中的事务

  MySQL提供了两种事务型的存储引擎：InnoDB和Cluster，另外还有一些第三方的存储引擎也支持事务，比较知名的有XtraDB和PBXT。
  MySQL默认采用自动提交模式。也就是说如果不是显式的开始一个事物，则每个查询都被当做一个事务执行提交操作。可以通过设置AUTOCOMMIT变量来启用或者禁用自动提交模式：

mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'AUTOCOMMIT';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| autocomit     | ON    |
+---------------+-------+
1 rows in set (0.00 sec)

mysql> SET AUTOCOMMIT = 1 ;

  1或者ON表示启用，0或者OFF表示禁用。
  MySQL可以通过执行SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL命令来设置隔离级别。新的隔离级别会在下一个事务开始的时候生效。可以在配置文件中设置整个数据库的隔离级别，也可以只改变当前会话的隔离级别：

mysql> SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

  MySQL能识别所有的四个ANSI隔离级别，InnoDB引擎也支持所有的隔离级别。

参考资料

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• 本文作者： llc
• 本文链接： http://llc-dukes.top/2020/09/28/MYSQL-mysql架构/
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