高性能MySQL读书笔记一MySQL架构与历史

本文围绕MySQL展开,介绍其服务器逻辑架构,包括连接管理、查询解析和存储引擎层。阐述并发控制的读写锁及表锁、行级锁策略,讲解事务的ACID特性和四种隔离级别,分析死锁现象,介绍多版本并发控制(MVVC),还提及InnoDB和MyISAM两种存储引擎特点。

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MySQL服务器逻辑架构

MySQL的存储引擎架构将查询处理与数据的存储/提取相分离。下面是MySQL的逻辑架构图:
在这里插入图片描述

第一层负责连接管理、授权认证、安全等等。

每个客户端的连接都对应着服务器上的一个线程。服务器上维护了一个线程池,避免为每个连接都创建销毁一个线程。当客户端连接到MySQL服务器时,服务器对其进行认证。可以通过用户名和密码的方式进行认证,也可以通过SSL证书进行认证。登录认证通过后,服务器还会验证该客户端是否有执行某个查询的权限。

第二层负责解析查询(编译SQL)

并对其进行优化(如调整表的读取顺序,选择合适的索引等)。对于SELECT语句,在解析查询前,服务器会先检查查询缓存,如果能在其中找到对应的查询结果,则无需再进行查询解析、优化等过程,直接返回查询结果。存储过程、触发器、视图等都在这一层实现。

第三层是存储引擎

存储引擎负责在MySQL中存储数据、提取数据、开启一个事务等等。存储引擎通过API与上层进行通信,这些API屏蔽了不同存储引擎之间的差异,使得这些差异对上层查询过程透明。存储引擎不会去解析SQL。

并发控制

无论何时,只要存在多个查询需要在同一时刻修改数据,都会产生并发控制问题。解决这类问题,有一个经典的方法,读写锁,分为读锁和写锁,也叫共享锁和排他锁。

读锁是共享的,互补阻塞;写锁匙排他的,一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁。

锁策略

问题是加锁需要消耗资源,频繁的加锁解锁会使得系统性能受到影响,所谓锁策略,就是在锁的开销和安全性之间寻求平衡。下面介绍两种最重要的锁策略。

表锁

表锁匙MySQL中最基本的锁策略,并且是开销最小的策略。表锁会锁定整张表,一个用户在对表进行写操作(插入、更新、删除)前,需要获得写锁。

行级锁

行级锁可以最大程度地支持并发处理(同时也带来了最大的锁开销)。行级锁只在存储引擎层实现,而MySQL服务器层没有实现。

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。

除非通过严格的ACID测试,否则空谈事务的概念是不够的。ACID表示原子性(atomicity),一致性(consistency),隔离性(isolation)和持久性(durability)。

  • 原子性

整个事务中的所有操作要么全部成功,要么全部失败。

  • 一致性

数据库总是从一个一致性状态到另一个一致性状态。

  • 隔离性

一个事务所做的修改在最终提交以前,对其他事务是不可见的。

  • 持久性

一旦事务提交,则其所做的修改就会永久保存到数据库中。

隔离级别

在SQL标准中定义了四种隔离级别,每一种级别都规定了一个事务中所做的修改,哪些在事务和事务是可见的,哪些是不可见的。

下面简单介绍四种隔离级别:

  • READ UNCOMMITTED(未提交读)

在这个级别中,事务中的修改,即使没有提交,对其他事务也都是可见的,事务可以读取未提交的事务,这样被称为脏读(Dirty Read)

  • READ COMMITTED(提交读)

一个事务从开始直到提交之前,所做的修改对其他事务都是不可见的,这也叫不可重复读(nonrepeatable read),因为两次同样的查询,可能会得到不一样的结果。

  • REPEATABLE READ(可重复读)

可重复读是MySQL默认的事务隔离级别,虽然他解决了脏读的问题,但还是无法解决另一个**幻读(Phantom Read)**的问题。

所谓幻读,指的是当某个事物在读取某个范围之内的记录时,另外一个事务又在该范围内插入了新的记录,当之前的事务再次读取该范围的记录时,会产生幻行,

  • SERIALIZABLE(可串行化)

SERIALIZABLE是最高的隔离级别,它通过强制事务串行执行,避免了前面的幻读问题。简单来说就是,SERIALIZABLE会在读取的每一行数据上都加锁,所以可能导致大量的超时和锁争用的问题。

死锁

死锁是指两个或者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。

左图那两辆车造成死锁了吗?不是!右图四辆车造成死锁了吗?是!

多版本并发控制

多版本并发控制(MVVC),能够避免加锁操作,因此开销更低。MVVC的实现,是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的,典型的有乐观并发控制和悲观并发控制。

InnoDB的MVVC,是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的,这两个列分别保存了行的创建时间和过期时间(或删除时间),当然不是具体时间,而是系统版本号

MVVC只在REPETABLE READ和READ COMMITED两个隔离级别下工作。其他两个隔离级别都和MVVC不兼容,因为READ UNCOMMITED总是读取最新行的数据,而不是符合当前事务版本的数据行。而SERIALIZABLE则会对所有读取的行都加锁。

存储引擎

  • InnoDB是MySQL的默认事务型引擎。
  • MyISAM存储引擎是MySQL5.1及之前的版本,但MyISAM不支持事务和行级锁,且有一个毫无疑问的缺陷就是崩溃后无法安全恢复。
1. 用户身体信息管理模块 用户信息管理: 注册登录:支持手机号 / 邮箱注册,密码加密存储,提供第三方快捷登录(模拟) 个人资料:记录基本信息(姓名、年龄、性别、身高、体重、职业) 健康目标:用户设置目标(如 “减重 5kg”“增肌”“维持健康”)及期望周期 身体状态跟踪: 体重记录:定期录入体重数据,生成体重变化曲线(折线图) 身体指标:记录 BMI(自动计算)、体脂率(可选)、基础代谢率(根据身高体重估算) 健康状况:用户可填写特殊情况(如糖尿病、过敏食物、素食偏好),系统据此调整推荐 2. 膳食记录食物数据库模块 食物数据库: 基础信息:包含常见食物(如米饭、鸡蛋、牛肉)的名称、类别(主食 / 肉类 / 蔬菜等)、每份重量 营养成分:记录每 100g 食物的热量(kcal)、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质含量 数据库维护:管理员可添加新食物、更新营养数据,支持按名称 / 类别检索 膳食记录功能: 快速记录:用户选择食物、输入食用量(克 / 份),系统自动计算摄入的营养成分 餐次分类:按早餐 / 午餐 / 晚餐 / 加餐分类记录,支持上传餐食照片(可选) 批量操作:提供常见套餐模板(如 “三明治 + 牛奶”),键添加到记录 历史记录:按日期查看过往膳食记录,支持编辑 / 删除错误记录 3. 营养分析模块 每日营养摄入分析: 核心指标计算:统计当日摄入的总热量、蛋白质 / 脂肪 / 碳水化合物占比(按每日推荐量对比) 微量营养素分析:检查维生素(如维生素 C、钙、铁)的摄入是否达标 平衡评估:生成 “营养平衡度” 评分(0-100 分),指出摄入过剩或不足的营养素 趋势分析: 周 / 月营养趋势:用折线图展示近 7 天 / 30 天的热量、三大营养素摄入变化 对比分析:将实际摄入推荐量对比(如 “蛋白质摄入仅达到推荐量的 70%”) 目标达成率:针对健
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