MySQL 内核总体架构

MySQL 内核总体架构，这样你能从整体上把握它的运行机制。MySQL 内核可以分为 Server 层 和 存储引擎层 两大部分：
MySQL 内核就是 Server 层（SQL 处理） + 存储引擎层（数据存储与事务） 的组合。

• Server 层像一个 大脑（解析+优化+调度）
• 存储引擎层像 手脚（读写磁盘+事务保证）

一、总体架构分层

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|   应用 (JDBC、ORM等)     |
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|       Server 层         |  ← SQL 解析、优化、缓存、权限
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|    存储引擎层 (插件)     |  ← InnoDB、MyISAM、RocksDB...
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|      系统文件/磁盘       |
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二、Server 层

这一层主要负责 SQL 相关的通用功能，不管底层用哪个存储引擎，都经过这里。

1. 连接管理（Connection Layer）

   • 处理客户端连接，用户认证（用户名/密码/SSL），权限验证。
   • 一个连接对应一个线程（MySQL 8.0 已支持 Thread Pool 来优化）。

2. 查询缓存（Query Cache, 已在 8.0 移除）

   • 以前用来缓存查询结果，但更新表时会失效，命中率低，所以被废弃。

3. 解析器（Parser）

   • 将 SQL 转换成语法树（AST）。
   • 包含 词法分析、语法分析。

4. 优化器（Optimizer）

   • 负责生成执行计划（Execution Plan）。

   • 常见优化：

     • 选择合适的索引
     • JOIN 顺序优化
     • 子查询优化
     • 统计信息估算（代价模型）

5. 执行器（Executor）

   • 根据优化器生成的执行计划，调用对应存储引擎接口（Handler API）。
   • 如：handler->read_next() 读取数据行。

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三、存储引擎层（可插拔）

存储引擎决定了数据如何存储和读写。常见的：

1. InnoDB（默认）

   • 支持事务（ACID），行锁，MVCC。
   • B+Tree 索引，Buffer Pool 缓存。
   • 支持崩溃恢复。

2. MyISAM

   • 不支持事务，表级锁，适合读多写少。
   • 压缩表，占用空间小。

3. Memory

   • 数据存放在内存，重启丢失，适合临时表、缓存。

4. 其它插件

   • NDB（分布式），RocksDB（LSM 树），TokuDB 等。

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四、存储子系统（以 InnoDB 为例）

InnoDB 内核比较复杂，可以分为几个关键模块：

1. Buffer Pool

   • 数据页缓存区，避免频繁 IO。
   • 使用 LRU 算法管理。

2. Redo Log（重做日志）

   • 记录事务对数据的修改（物理日志）。
   • 用于 崩溃恢复。

3. Undo Log（回滚日志）

   • 记录数据修改前的版本。
   • 用于 事务回滚 和 MVCC 多版本并发控制。

4. Doublewrite Buffer

   • 写入数据页时，先写到 doublewrite，再刷盘，防止页写一半时崩溃。

5. 锁管理

   • 行锁、间隙锁、next-key 锁。
   • 避免幻读、保证事务隔离性。

6. 数据组织

   • 表 → 表空间（tablespace）
   • 数据存储在 B+Tree 页（16KB 默认页大小）

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五、整体执行流程

以 SELECT * FROM user WHERE id = 1; 为例：

1. 连接器：用户建立连接，认证。

2. 解析器：解析 SQL，生成语法树。

3. 优化器：确定走主键索引。

4. 执行器：调用 InnoDB 引擎 API。

5. InnoDB：

   • 查 Buffer Pool → 命中则返回；
   • 否则读磁盘页 → 放入 Buffer Pool。

6. 返回结果给客户端。