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MySQL体系结构详解

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体系结构图
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。

Co​nnectors 不属于以上任何一层,可以将 Co​nnectors 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。
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。

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。

3. 存储引擎层

Pluggable Storage Engines 属于存储引擎层。存储引擎层是 MySQL 数据库区别于其他数据库最核心的一点,也是 MySQL 最具特色的一个地方。主要负责 MySQL 中数据的存储和提取。

因为在关系数据库中,数据的存储是以表的形式存储的,所以存储引擎也可以称为表类型(即存储和操作此表的类型)。

4. 文件系统层

文件系统层主要是将数据库的数据存储在操作系统的文件系统之上,并完成与存储引擎的交互。

说明:学习阅读完本节内容,了解 MySQL 体系结构即可,教程后面会详细介绍每个模块。

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