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MySQL学习

· 阅读需 15 分钟
ahKevinXy

SQL查询是如何执行的​

MySQL 可以分成server 和存储引擎两个部分

  • Server 包括连接器,查询缓存,分析器,优化器,执行器,以及所有的内置函数,所有跨储存引擎

  • 储存层 负责数据的储存和提取,其架构是插件式 支持 InnoDB,MyISAM,Memory

连接器 用于数据库连接

查询缓存

分析器

语法分析

优化器

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

执行器

  1. 判断是否有权限

SQL更新语句如何执行​

重要的日志模块：redo log

重要的日志模块：binlog

  1. redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的，所有引擎都可以使用。
  2. redo log 是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”；binlog 是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如“给 ID=2 这一行的 c 字段加 1 ”。
  3. redo log 是循环写的，空间固定会用完；binlog 是可以追加写入的。“追加写”是指 binlog 文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志。

事务​

隔离性和隔离级别

ACID (Atomicity,Consistency,Isolation,Durability)

  1. 原子性
  2. 一致性
  3. 隔离性
  4. 持久性

隔离

  1. 读未提交 (read uncommitted) 一个事务还没提交时，它做的变更就能被别的事务看到
  2. 读提交(read committed) 一个事务提交之后，它做的变更才会被其他事务看到
  3. 可重复读 (repeatable read) 一个事务执行过程中看到的数据，总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的
  4. 串行 (serializable) 顾名思义是对于同一行记录，“写”会加“写锁”，“读”会加“读锁”。当出现读写锁冲突的时候，后访问的事务必须等前一个事务执行完成，才能继续执行

MySQL 的隔离级别设置为读提交

事务的启动方式

  1. 显示启动事务语句 begin start transaction 开始事务 commit 提交 rollback 回滚
  2. set autocommit=0，这个命令会将这个线程的自动提交关掉。意味着如果你只执行一个 select 语句，这个事务就启动了，而且并不会自动提交。这个事务持续存在直到你主动执行 commit 或 rollback 语句，或者断开连接。

set autocommit=1, 通过显式语句的方式来启动事务

事务隔离的实现

数据库的多版本并发控制（MVCC)

索引的常见模型​

数据结构​

  1. 哈希表 是一种以键-值 储存数据的结构 哈希表这种结构适用于只有等值查询的场景
  2. 有序数组 有序数组索引只适用于静态存储引擎 有序数组在等值查询和范围查询场景中的性能就都非常优秀
  3. 搜索树
信息

二叉搜索树的特点是: 父节点左子树所有结点的值小于父节点的值，右子树所有结点的值大于父节点的值。这样如果你要查 ID_card_n2 的话，按照图中的搜索顺序就是按照 UserA -> UserC -> UserF -> User2 这个路径得到。这个时间复杂度是 O(log(N))。

InnoDB 的索引模型​

表都是根据主键顺序以索引的形式存放的，这种存储方式的表称为索引组织表。又因为前面我们提到的，InnoDB 使用了 B+ 树索引模型，所以数据都是存储在 B+ 树中的。

每一个索引在 InnoDB 里面对应一棵 B+ 树。

根据叶子节点的内容，索引类型分为主键索引和非主键索引

键索引的叶子节点存的是整行数据。在 InnoDB 里，主键索引也被称为聚簇索引（clustered index）

非主键索引的叶子节点内容是主键的值。在 InnoDB 里，非主键索引也被称为二级索引（secondary index）。

基于主键索引和普通索引的查询有什么区别

  • 如果语句是 select * from T where ID=500，即主键查询方式，则只需要搜索 ID 这棵 B+ 树；
  • 如果语句是 select * from T where k=5，即普通索引查询方式，则需要先搜索 k 索引树，得到 ID 的值为 500，再到 ID 索引树搜索一次。这个过程称为回表。

也就是说，基于非主键索引的查询需要多扫描一棵索引树。因此，我们在应用中应该尽量使用主键查询。

索引维护​

B+ 树为了维护索引有序性，在插入新值的时候需要做必要的维护。以上面这个图为例，如果插入新的行 ID 值为 700，则只需要在 R5 的记录后面插入一个新记录。如果新插入的 ID 值为 400，就相对麻烦了，需要逻辑上挪动后面的数据，空出位置。

主键长度越小，普通索引的叶子节点就越小，普通索引占用的空间也就越小。

覆盖索引​

如果执行的语句是 select ID from T where k between 3 and 5，这时只需要查 ID 的值，而 ID 的值已经在 k 索引树上了，因此可以直接提供查询结果，不需要回表。也就是说，在这个查询里面，索引 k 已经“覆盖了”我们的查询需求，我们称为覆盖索引

最左前缀原则​

B+ 树这种索引结构，可以利用索引的最左前缀，来定位记

索引下推​

以在索引遍历过程中，对索引中包含的字段先做判断，直接过滤掉不满足条件的记录，减少回表次数。

全局锁和表锁​

根据加锁的范围，MySQL 里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类

全局锁​

全局锁就是对整个数据库实例加锁

ySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)

全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份。也就是把整库每个表都 select 出来存成文本。

异常情况

  1. 如果你在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆；
  2. 如果你在从库上备份，那么备份期间从库不能执行主库同步过来的 binlog，会导致主从延迟

既然要全库只读，为什么不使用 set global readonly=true 的方式呢？确实 readonly 方式也可以让全库进入只读状态，但我还是会建议你用 FTWRL 方式，主要有两个原因：

  • 一是，在有些系统中，readonly 的值会被用来做其他逻辑，比如用来判断一个库是主库还是备库。因此，修改 global 变量的方式影响面更大，我不建议你使用
  • 二是，在异常处理机制上有差异。如果执行 FTWRL 命令之后由于客户端发生异常断开，那么 MySQL 会自动释放这个全局锁，整个库回到可以正常更新的状态。而将整个库设置为 readonly 之后，如果客户端发生异常，则数据库就会一直保持 readonly 状态，这样会导致整个库长时间处于不可写状态，风险较高。

务的更新不只是增删改数据（DML)，还有可能是加字段等修改表结构的操作（DDL）。不论是哪种方法，一个库被全局锁上以后，你要对里面任何一个表做加字段操作，都是会被锁住的

表级锁​

表锁的语法是 lock tables … read/write。与 FTWRL 类似，可以用 unlock tables 主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放。需要注意，lock tables 语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象

另一类表级的锁是 MDL（metadata lock)。MDL 不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。MDL 的作用是，保证读写的正确性。你可以想象一下，如果一个查询正在遍历一个表中的数据，而执行期间另一个线程对这个表结构做变更，删了一列，那么查询线程拿到的结果跟表结构对不上，肯定是不行的。

  • 读锁之间不互斥，因此你可以有多个线程同时对一张表增删改查。

  • 读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性。因此，如果有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另一个执行完才能开始执行。

行级锁​

在 InnoDB 事务中，行锁是在需要的时候才加上的，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到事务结束时才释放。这个就是两阶段锁协议

死锁和死锁检测​

事务 A 在等待事务 B 释放 id=2 的行锁，而事务 B 在等待事务 A 释放 id=1 的行锁。 事务 A 和事务 B 在互相等待对方的资源释放，就是进入了死锁状态。当出现死锁以后，有两种策略:

  1. 一种策略是，直接进入等待，直到超时。这个超时时间可以通过参数 innodb_lock_wait_timeout 来设置
  2. 另一种策略是，发起死锁检测，发现死锁后，主动回滚死锁链条中的某一个事务，让其他事务得以继续执行。将参数 innodb_deadlock_detect 设置为 on，表示开启这个逻辑 在 InnoDB 中，innodb_lock_wait_timeout 的默认值是 50s，意味着如果采用第一个策略，当出现死锁以后，第一个被锁住的线程要过 50s 才会超时退出，然后其他线程才有可能继续执行。对于在线服务来说，这个等待时间往往是无法接受的。

我们又不可能直接把这个时间设置成一个很小的值，比如 1s。这样当出现死锁的时候，确实很快就可以解开，但如果不是死锁，而是简单的锁等待呢？所以，超时时间设置太短的话，会出现很多误伤

，正常情况下我们还是要采用第二种策略，即：主动死锁检测，而且 innodb_deadlock_detect 的默认值本身就是 on。主动死锁检测在发生死锁的时候，是能够快速发现并进行处理的，但是它也是有额外负担的

“快照”在 MVCC 里是怎么工作的？​

在可重复读隔离级别下，事务在启动的时候就“拍了个快照”。注意，这个快照是基于整库的。

这时，你会说这看上去不太现实啊。如果一个库有 100G，那么我启动一个事务，MySQL 就要拷贝 100G 的数据出来，这个过程得多慢啊。可是，我平时的事务执行起来很快啊。

普通索引和唯一索引​

查询过程​

更新过程​

change buffer 的使用场​

索引选择和实践​

change buffer 和 redo log

redo log 主要节省的是随机写磁盘的 IO 消耗（转成顺序写），而 change buffer 主要节省的则是随机读磁盘的 IO 消耗。

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