MySQL架构原理

1.MySQL体系架构

MySQL Server架构自顶向下大致可以分网络连接层、服务层、存储引擎层和系统文件层。

 一、网络连接层

         客户端连接器(Client Connectors):提供与MySQL服务器建立的支持。目前几乎支持所有主流 的服务端编程技术，例如常见的 Java、C、Python、.NET等，它们通过各自API技术与MySQL建立连接。

二、服务层(MySQL Server)
        服务层是MySQL Server的核心，主要包含系统管理和控制工具、连接池、SQL接口、解析器、查询优化器和缓存六个部分。

连接池(Connection Pool):负责存储和管理客户端与数据库的连接，一个线程负责管理一个 连接。

系统管理和控制工具(Management Services & Utilities):例如备份恢复、安全管理、集群 管理等

SQL接口(SQL Interface):用于接受客户端发送的各种SQL命令，并且返回用户需要查询的结 果。比如DML、DDL、存储过程、视图、触发器等。

解析器(Parser):负责将请求的SQL解析生成一个"解析树"。然后根据一些MySQL规则进一步 检查解析树是否合法。

查询优化器(Optimizer):当“解析树”通过解析器语法检查后，将交由优化器将其转化成执行计划，然后与存储引擎交互。

缓存(Cache&Buffer): 缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，权限缓 存，引擎缓存等。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。

三、存储引擎层(Pluggable Storage Engines)

存储引擎负责MySQL中数据的存储与提取，与底层系统文件进行交互。MySQL存储引擎是插件式的， 服务器中的查询执行引擎通过接口与存储引擎进行通信，接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异 。现在有 很多种存储引擎，各有各的特点，最常见的是MyISAM和InnoDB。

四、系统文件层(File System) 该层负责将数据库的数据和日志存储在文件系统之上，并完成与存储引擎的交互，是文件的物理存储层。主要包含日志文件，数据文件，配置文件，pid 文件，socket 文件等。

日志文件

错误日志(Error log)

默认开启，show variables like '%log_error%'

通用查询日志(General query log)

记录一般查询语句，show variables like '%general%';

二进制日志(binary log)

记录了对MySQL数据库执行的更改操作，并且记录了语句的发生时间、执行时长;但是它不 记录select、show等不修改数据库的SQL。主要用于数据库恢复和主从复制。

show variables like '%log_bin%'; //是否开启 

show variables like '%binlog%'; //参数查看 

show binary logs;//查看日志文件 慢查询日志(Slow query log)

记录所有执行时间超时的查询SQL，默认是10秒。 

show variables like '%slow_query%'; //是否开启

show variables like '%long_query_time%'; //时长 配置文件

用于存放MySQL所有的配置信息文件，比如my.cnf、my.ini等。

数据文件

db.opt 文件:记录这个库的默认使用的字符集和校验规则。
frm 文件:存储与表相关的元数据(meta)信息，包括表结构的定义信息等，每一张表都会 有一个frm 文件。
MYD 文件:MyISAM 存储引擎专用，存放 MyISAM 表的数据(data)，每一张表都会有一个 .MYD 文件。
MYI 文件:MyISAM 存储引擎专用，存放 MyISAM 表的索引相关信息，每一张 MyISAM 表对 应一个 .MYI 文件。
ibd文件和 IBDATA 文件:存放 InnoDB 的数据文件(包括索引)。InnoDB 存储引擎有两种 表空间方式:独享表空间和共享表空间。独享表空间使用 .ibd 文件来存放数据，且每一张 InnoDB 表对应一个 .ibd 文件。共享表空间使用 .ibdata 文件，所有表共同使用一个(或多 个，自行配置).ibdata 文件。
ibdata1 文件:系统表空间数据文件，存储表元数据、Undo日志等 。 ib_logfile0、ib_logfile1 文件:Redo log 日志文件。

pid 文件
pid 文件是 mysqld 应用程序在 Unix/Linux 环境下的一个进程文件，和许多其他 Unix/Linux 服务端程序一样，它存放着自己的进程 id。 

socket 文件

socket 文件也是在 Unix/Linux 环境下才有的，用户在 Unix/Linux 环境下客户端连接可以不通过 TCP/IP 网络而直接使用 Unix Socket 来连接 MySQL

2.MySQL运行机制

 1建立连接(Connectors&Connection Pool)，通过客户端/服务器通信协议与MySQL建立连 接。MySQL 客户端与服务端的通信方式是 “ 半双工 ”。对于每一个 MySQL 的连接，时刻都有一个 线程状态来标识这个连接正在做什么。

2查询缓存(Cache&Buffer)，这是MySQL的一个可优化查询的地方，如果开启了查询缓存且在 查询缓存过程中查询到完全相同的SQL语句，则将查询结果直接返回给客户端;如果没有开启查询 缓存或者没有查询到完全相同的 SQL 语句则会由解析器进行语法语义解析，并生成“解析树”。

3解析器(Parser)将客户端发送的SQL进行语法解析，生成"解析树"。预处理器根据一些MySQL 规则进一步检查“解析树”是否合法，例如这里将检查数据表和数据列是否存在，还会解析名字和别 名，看看它们是否有歧义，最后生成新的“解析树”。

4查询优化器(Optimizer)根据“解析树”生成最优的执行计划。MySQL使用很多优化策略生成最 优的执行计划，可以分为两类:静态优化(编译时优化)、动态优化(运行时优化)。

5查询执行引擎负责执行 SQL 语句，此时查询执行引擎会根据 SQL 语句中表的存储引擎类型，以 及对应的API接口与底层存储引擎缓存或者物理文件的交互，得到查询结果并返回给客户端。若开 启用查询缓存，这时会将SQL 语句和结果完整地保存到查询缓存(Cache&Buffer)中，以后若有 相同的 SQL 语句执行则直接返回结果。

3.MySQL存储引擎

存储引擎在MySQL的体系架构中位于第三层，负责MySQL中的数据的存储和提取，是与文件打交道的 子系统，它是根据MySQL提供的文件访问层抽象接口定制的一种文件访问机制，这种机制就叫作存储引 擎。

使用show engines命令，就可以查看当前数据库支持的引擎信息。 

在5.5版本之前默认采用MyISAM存储引擎，从5.5开始采用InnoDB存储引擎。

InnoDB:支持事务，具有提交，回滚和崩溃恢复能力，事务安全 MyISAM:不支持事务和外键，访问速度快 Memory:利用内存创建表，访问速度非常快，因为数据在内存，而且默认使用Hash索引，但是 一旦关闭，数据就会丢失

Archive:归档类型引擎，仅能支持insert和select语句 Csv:以CSV文件进行数据存储，由于文件限制，所有列必须强制指定not null，另外CSV引擎也不 支持索引和分区，适合做数据交换的中间表
BlackHole: 黑洞，只进不出，进来消失，所有插入数据都不会保存 Federated:可以访问远端MySQL数据库中的表。一个本地表，不保存数据，访问远程表内容。 MRG_MyISAM:一组MyISAM表的组合，这些MyISAM表必须结构相同，Merge表本身没有数据， 对Merge操作可以对一组MyISAM表进行操作。

InnoDB和MyISAM对比 InnoDB和MyISAM是使用MySQL时最常用的两种引擎类型，我们重点来看下两者区别。

事务和外键
InnoDB支持事务和外键，具有安全性和完整性，适合大量insert或update操作 MyISAM不支持事务和外键，它提供高速存储和检索，适合大量的select查询操作
锁机制
InnoDB支持行级锁，锁定指定记录。基于索引来加锁实现。 MyISAM支持表级锁，锁定整张表。
索引结构 InnoDB使用聚集索引(聚簇索引)，索引和记录在一起存储，既缓存索引，也缓存记录。 MyISAM使用非聚集索引(非聚簇索引)，索引和记录分开。
并发处理能力
MyISAM使用表锁，会导致写操作并发率低，读之间并不阻塞，读写阻塞。 InnoDB读写阻塞可以与隔离级别有关，可以采用多版本并发控制(MVCC)来支持高并发 存储文件 InnoDB表对应两个文件，一个.frm表结构文件，一个.ibd数据文件。InnoDB表最大支持64TB;

MyISAM表对应三个文件，一个.frm表结构文件，一个MYD表数据文件，一个.MYI索引文件。从 MySQL5.0开始默认限制是256TB。

适用场景

MyISAM

     不需要事务支持(不支持)
     并发相对较低(锁定机制问题)
     数据修改相对较少，以读为主
     数据一致性要求不高

InnoDB

需要事务支持(具有较好的事务特性)
行级锁定对高并发有很好的适应能力
数据更新较为频繁的场景
数据一致性要求较高 硬件设备内存较大，可以利用InnoDB较好的缓存能力来提高内存利用率，减少磁盘IO

总结：两种引擎该如何选择？

是否需要事务?有，InnoDB 

是否存在并发修改?有，InnoDB 

是否追求快速查询，且数据修改少?是，MyISAM

 在绝大多数情况下，推荐使用InnoDB