MySQL的架構(gòu)和歷史是怎樣的

MySQL的架構(gòu)和歷史是怎樣的，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

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MySQL架構(gòu)和歷史

1.處理和存儲分離的設(shè)計

MySQL最重要，最與眾不同的特性是它的可插拔式存儲引擎架構(gòu)（將查詢處理，系統(tǒng)任務(wù)，數(shù)據(jù)的存儲，提取相分離）。

2.架構(gòu)：

層級	作用	備注
連接層	連接處理，授權(quán)認證等	RDMS共有設(shè)計
服務(wù)層	查詢解析，緩存，分析優(yōu)化，內(nèi)置函數(shù)，跨引擎功能	MySQL核心服務(wù)與功能，服務(wù)層未設(shè)計外鍵
引擎層	負責數(shù)據(jù)存儲與提取	底層函數(shù)，不會解析SQL，不同引擎直接不在此層級互相通信，僅響應(yīng)來自上層的請求。處理外鍵

3.優(yōu)化與執(zhí)行

服務(wù)層解析查詢，創(chuàng)建解析樹，然后進行重寫查詢，決定表的讀取順序，選擇合適的索引等。在此步，用戶可以通過hint關(guān)鍵字或者force index影響優(yōu)化器的決策，也可以通過explain命令查看優(yōu)化器如何優(yōu)化決策。

優(yōu)化器不關(guān)心表使用什么引擎，但存儲引擎對優(yōu)化查詢是有影響的。

4.鎖

讀鎖是共享的，相互不阻塞。

寫鎖是排他的，相互阻塞，在給定的時間內(nèi)，同一行數(shù)據(jù)，只能有一個用戶正在進行寫入。

大多數(shù)時候，MySQL鎖的內(nèi)部管理都是透明的。

在給定的資源上，鎖定的數(shù)據(jù)量越少，則系統(tǒng)的并發(fā)讀越高。

加鎖需要消耗資源，如果系統(tǒng)花費大量時間來管理鎖，而不是存取數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)的性能可能會因此收到影響。

一般會在鎖的開銷和數(shù)據(jù)的安全性之間尋求平衡，即在表上施加行級鎖。

每種MySQL引擎都可以實現(xiàn)自己的鎖傾向和鎖粒度。

寫鎖比讀鎖有更高的優(yōu)先級，并發(fā)時，寫鎖請求可能會被插入到隊列的最前端，但讀鎖最多只能排在其他讀鎖的最前端。

服務(wù)層會對涉及到整個表的內(nèi)容的更改使用表級鎖，引擎層的鎖機制被忽略。

行級鎖只在存儲引擎層實現(xiàn)。

InnoDB采用兩段鎖定協(xié)議，在事務(wù)執(zhí)行過程中，隨時都可以執(zhí)行鎖定，但只有在整個事務(wù)提交或者回滾時才會同一時間釋放該事務(wù)占有的所有鎖?！[式鎖’

服務(wù)層可以使用LOCK TABLE或者UNLOCK TABLE，但可能會和事務(wù)產(chǎn)生相互影響產(chǎn)生不可預(yù)料的后果，盡量不要在業(yè)務(wù)進行時中使用。

5.事務(wù)

事務(wù)就是一組原子性的SQL查詢，一組獨立的工作單元。事務(wù)內(nèi)的語句要么全部執(zhí)行完，要么全部失敗。

一個完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要滿足ACID特征：

Atomictiy 原子性：一個事務(wù)視為不可分割的最小單元。

Consistency 一致性: 數(shù)據(jù)庫總是從一個一致性的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個一致性的狀態(tài)。

    Isolation 隔離性: 一個事務(wù)所做的修改在最終提交之前，對其事務(wù)是不可見的。

Durability 持久性：一旦提交，永久保存，不受系統(tǒng)崩潰影響。

一個實現(xiàn)了ACID特性的數(shù)據(jù)庫，需要更強的硬件。

即使存儲引擎不支持事務(wù)，但還可以通過lock table來提供部分ACID特性。

非事務(wù)型的表只能自動提交。

事務(wù)型的表在執(zhí)行DDL操作或者lock table時會強行commit當前的活動事務(wù)

隔離級別（ANSI）

READ UNCOMMITED(未提交讀)：事務(wù)中未提交的修改也會被其他事務(wù)讀到，’臟讀‘，性能不會好太多。

READ COMMITED(提交讀)：事務(wù)中提交后的修改會被其他事務(wù)讀到,但會造成不可重復(fù)讀。MSSQL,ORACLE

READ REPEATABLE(可重復(fù)讀):事務(wù)中多次讀取同一條數(shù)據(jù)值相同，但新插入的不算，即主鍵范圍讀可能不一致，'幻讀',MySQL默認級別。

SEARIALIZE(串行)：取消并行，完全串行，悲觀鎖。

可以通過set [session] transaction isolation level [RU|RC|RR|SX]設(shè)置隔離級別，全局性設(shè)置在下一個事務(wù)開始時生效，會話級設(shè)置只對當前事務(wù)有效

隔離級別	臟讀可能性	不可重復(fù)讀	幻讀可能性	加鎖讀
RU	Y	Y	Y	N
RC	N	Y	Y	N
RR	N	N	Y	N
SX	N	N	N	Y

死鎖

兩個或以上的事務(wù)爭用同一組資源，并請求鎖定對方占用的資源。

處理辦法：完備的RDMS包含了死鎖檢測與死鎖超時機制。

InnoDB:將持有最少行級X鎖的事務(wù)進行回滾。

死鎖在事務(wù)型RDMS中是無法避免的，死鎖發(fā)生后，只有部分或者完全回滾其中一個事務(wù)才能打破窘境。

事務(wù)日志（redo）

可以提高事務(wù)的效率，存儲引擎在修改表的數(shù)據(jù)時只需要修改其內(nèi)存拷貝，再批量地把修改的行為記錄到硬盤上的事務(wù)日志文件中。

事務(wù)日志采用了正向追加的方式，保證了寫入時的 順序IO。批量記錄修改的行為時，事務(wù)日志持久后，可以在后臺將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)慢慢刷回磁盤

6.多版本并發(fā)控制（MVCC）

MVCC是行級鎖的一個變種，在很多情況下避免了加鎖的操作，且只在RR和RC隔離級別下工作。

MVCC是通過保存數(shù)據(jù)行在某個時間點的快照來實現(xiàn)的。

根據(jù)事務(wù)開始時間的不同，每個事務(wù)對同一張表，同一時刻看到的數(shù)據(jù)可能是不一樣的。

InnoDB的MVCC，是通過在每個記錄（包括已經(jīng)存入undo中的記錄）后面保存兩個隱藏的版本號來實現(xiàn)的。即：該數(shù)據(jù)創(chuàng)建時的系統(tǒng)版本號和該數(shù)據(jù)失效時的系統(tǒng)版本號。

其他事務(wù)：

SELECT時：只查找比當前事務(wù)創(chuàng)建更早的行（極端情況下，在此事務(wù)中對此行進行了修改或創(chuàng)建，即讀取本事務(wù)中被修改后此行的數(shù)據(jù)）。

INSERT時：為新插入的此行保存本事務(wù)版本的版本號作為此行的創(chuàng)建版本號。同時若在此事務(wù)中不在對此行進行修改，則行過期版本號留空

DELETE時：將本事務(wù)的版本號賦給被刪除行的失效版本號

UPDATE時：將本事務(wù)的版本號賦給被修改行的失效版本號，同時插入被修改后的數(shù)據(jù)，同時把本事務(wù)的版本號付給新插入的修改后的數(shù)據(jù)的創(chuàng)建版本號。

保留這兩個額外版本號，可以使大多數(shù)讀操作都不用加S鎖，但這些多余的行會占用undo空間。建議將undo從共享表空間中獨立出來，并減小事務(wù)長度。

7.存儲引擎

不同引擎保存數(shù)據(jù)和索引的方式是不同的，但表的定義是在服務(wù)層統(tǒng)一處理的。

通過show table status顯示表的相關(guān)信息

屬性	屬性值	說明
Name:	user	表名
Engine:	InnoDB	存儲引擎
Row_format:	Dynamic	行格式，變長行
Rows	3	對應(yīng)InnoDB，估計的行數(shù)值
Avg_row_length	5461	平均每行字節(jié)數(shù)
Data_length	16384	表數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
Max_data_length	0	表最大字節(jié)數(shù)（InnoDB無限制）
Index_length	0	非主鍵索引占用字節(jié)數(shù)
Data_free	4194304	已分配但未使用的字節(jié)數(shù)
Auto_increment	NULL	下個自增值的起始點
Create_time	2018-01-24 20:02:01	創(chuàng)建時間
Update_time	NULL	最后一次的更新時間
Check_time	NULL	CHECK TABLE命令使用的時間
Collation	utf8_bin	該表默認字符集與排序規(guī)則
Checksum	NULL	（若啟用校驗）校驗和
Create_options	stats_persistent=0	建表時的其他非默認選項
Comment	Users and privileges	表的備注

InnoDB引擎被設(shè)計用來處理大量短期事務(wù)（大部分情況下正常提交），正常情況下默認使用InnoDB引擎，MySQL8.0版本，將mysql庫中的表也從MyISAM更換為InnoDB引擎。

InnoDB引擎一直朝著可測量性，可擴展性，可配置化，性能，更多新特性的方向演進。

InnoDB引擎概覽

InnoDB的數(shù)據(jù)存儲在表空間中，推薦使用獨立表空間，即將各個表的數(shù)據(jù)和索引放在單獨的文件中。

InnoDB使用MVCC來支持高并發(fā)，并且實現(xiàn)了四個標準的隔離級別。默認隔離級別為可重復(fù)讀RR，并且通過間隙鎖的機制解決了范圍讀可能因為新插入值導(dǎo)致出現(xiàn)幻讀的問題。

間隙鎖通過在本來鎖定查詢設(shè)計的行同事，還會對索引中的間隙進行鎖定，防止插入新的行。

InnoDB表是基于聚簇索引建立的，即索引組織表。這種設(shè)計，使得對主鍵的進行的查詢效率很高。其二級索引，即非聚集索引（普通索引，非主鍵索引）是通過鏈接的方式指向其對應(yīng)的主鍵位置，即二級索引中包含了主鍵列。這就會產(chǎn)生一個主鍵列長度很大，其他索引的大小也會同樣很大的問題。這個特性要求我們主鍵列的最大長度盡量減小。

InnoDB引擎表的文件存儲格式是獨立的，某種程度上可以跨平臺使用。

InnoDB的顯著優(yōu)化特點：從磁盤讀取數(shù)據(jù)時的可預(yù)測性讀，引入了能夠在內(nèi)存中創(chuàng)建Hash索引來加速讀操作的自適應(yīng)哈希索引（adaptive hash index），能夠加速插入操作的插入緩沖區(qū)(insert buffer，對非主鍵非唯一性索引進行緩存，每10s合并到非主鍵索引中)。

InnoDB引擎的表支持熱物理備份（非邏輯備份成sql文件）即XtraBackup或者官方的Enterprise Backup

有趣的CSV引擎

可以將Excel文件另存為CSV格式，放入MySQL數(shù)據(jù)目錄下，即可在MySQL中打開使用。

慢慢棄用的引擎：

Federated引擎，本來設(shè)計用于建立Oracle，SQL server到MySQL的數(shù)據(jù)聯(lián)系紐帶，后被用于創(chuàng)建跨實例連接（類似于SQL server中的同義詞或者鏈接服務(wù)器），但經(jīng)常帶來問題，默認禁用，MariaDB提供了一個改進版的FederatedX。

Memory引擎，數(shù)據(jù)只存在內(nèi)存中，重啟后表結(jié)構(gòu)留存，但數(shù)據(jù)會全部丟失。支持HASH索引，表級鎖，并發(fā)低，行長度固定。

第三方常用存儲引擎：

XtraDB引擎，Percona公司基于InnoDB引擎的改進版本

TokuDB引擎，基于分形樹索引的引擎，具有較高的壓縮比，可以在很大的數(shù)據(jù)量上創(chuàng)建索引。

Infobright引擎，列組織的引擎，面向大數(shù)據(jù)設(shè)計。

更改表的存儲引擎：alter table t1 engine = InnoDB; 執(zhí)行過程中會創(chuàng)建相同表結(jié)構(gòu)不同引擎的一張新表，然后按行將數(shù)據(jù)從原表讀入到新表中，會進行鎖表，消耗大量系統(tǒng)IO，盡量不要在業(yè)務(wù)高峰期進行，或者使用pt-online-schema-change的工具進行在線修改。

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