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select语句在MySQL中是这样执行的(执行流程)

更新时间:2021-04-10 15:26 作者:冰 河点击:
MySQL作为互联网行业使用最多的关系型数据库之一,与其免费、开源的特性是密不可分的。然而,很多小伙伴工作了很多年,只知道使用MySQL进行CRUD操作,这也导致很多小伙伴工作多年后,想跳槽进入大厂,却在面试的时候屡屡碰壁。
 
问个简单的问题:select语句是如何在MySQL中执行的? 这也是很多面试官喜欢问的问题,如果你连这个简单的问题都不能回答的话,那就要好好规划下自己的职业生涯了。
 
好了,今天我们就一起来聊聊select语句是如何在MySQL中执行的。文章的主要内容如下。
 
 
频繁使用的select语句
 
为了更好地贯穿全文,这里先来列举一个最简单的select查询语句,例如:查询user表中id为1001的用户信息,使用下面的SQL语句进行查询。
 
select * from user where user_id = 1001;
 
当我们在MySQL的命令行中输入上述SQL语句时,这条SQL语句到底在MySQL中是如何执行的呢?接下来,我们就以这条SQL语句为例,说说select语句是如何在MySQL中执行的。
 
MySQL逻辑架构
 
在介绍select语句在MySQL中的执行流程之前,我们先来看看MySQL的逻辑架构,因为任何SQL语句的执行都离不开MySQL逻辑架构的支撑。也就是说,SQL语句在MySQL中的执行流程与MySQL的逻辑架构是密不可分的。
 
 
在上图中,我们简单的画了下MySQL的逻辑架构图,并且给出了逻辑分层和每层中各部分的功能。从逻辑上,我们可以将MySQL粗略地分成三层:Server层、存储引擎层和系统文件层,而Server层中又可以分成网络连接层(连接器)和数据服务层(Server层)。
 
Server层中包含了连接器、查询缓存、分析器、优化器和执行器等MySQL的核心组成部分,另外,在Server层中还包含了所有的内置函数(比如:日期时间函数、加解密函数、聚合函数、数学函数等),存储引擎、触发器、视图等等。
 
存储引擎层主要负责和系统文件层进行交互,存储引擎层本身是插件式的架构设计,支持InnoDB、MyISAM、Archive、Memory等存储引擎。在MySQL 5.5.5及以后的版本中,MySQL的默认存储引擎是InnoDB。
 
系统文件层主要负责存储实际的数据,将数据以文件的形式存储到服务器的磁盘上。
 
接下来,我们就来说说一条select语句在MySQL的逻辑架构的每一部分到底是如何执行的。
 
连接器是如何授权的?
首先,我们先来看看在服务器命令行输入连接MySQL的命令时,MySQL的连接器是如何进行验证的。比如,我们在服务器的命令行输入了如下命令。
 
mysql -ubinghe -p
 
执行“回车”后,输入binghe账户的密码,与MySQL进行连接。此时,连接的过程需要完成经典的TCP握手操作。之后,连接器就开始认证连接的身份是否合法,最直接的就是验证用户名和密码是否正确。
 
如果用户名或者密码错误,MySQL会提示 Access denied for user。如果用户名和密码正确,则连接器会到MySQL的权限表中查询当前连接拥有的权限。查询到权限之后,只要这个连接没有断开,则这个连接涉及到的权限操作都会依赖此时查询到的权限。
 
换句话说,一个用户登录MySQL并成功连接MySQL后,哪怕是管理员对当前用户的权限进行了修改操作,此时只要这个用户没有断开MySQL的连接,就不会受到管理修改权限的影响。管理员修改权限后,只有对新建的连接起作用。
 
如果客户端连接MySQL后,长时间没有执行任何操作,则连接器会自动断开与这个客户端的连接。具体多长时间断开是由MySQL的参数wait_timeout控制的,这个值默认是8小时。我们可以根据实际业务需要,自行调整这个参数的值,以使MySQL能够满足我们的实际业务场景。
 
由于客户端与MySQL的连接是比较复杂的,这个过程也是比较耗时的,它会涉及TCP的握手操作,还会查询当前连接的权限信息等。往往在实际的工作过程中,我们会使用数据库连接池的方式,将数据库的连接缓存起来,这就意味着我们是使用长连接与MySQL进行交互的。
 
但是使用长连接连接MySQL也会有一个问题:那就是有时候会发现MySQL占用的内存涨得特别快,这是因为MySQL在执行的过程中,使用的临时内存是在连接对象里面进行管理的。这些占用的资源只有在连接断开的时候,才会被释放。如果连接长时间不释放,就会出现大量的临时内存占用内存空间。如果时间久了,可能会导致占用过多的内存,从而被操作系统“消灭”了,给人的感觉就是MySQL意外重启了。
 
我们可以使用如下的方案来解决这个问题:
 
定期或者执行过一个比较占内存的查询操作后,断开连接,以后再重新建立和MySQL的连接。
如果使用MySQL 5.7或更新的MySQL版本,可以通过执行mysql_reset_connection重新初始化MySQL的资源。重新初始化的过程不会重新连接MySQL,也不会重新做权限的验证操作。
查询缓存的作用是什么?
登录MySQL后,客户端就会与MySQL建立连接,此时执行select语句时,首先会到查询缓存中查询是否执行过当前select语句。如果之前执行过相应的select语句,则执行过的select语句和查询结果会以key-value的形式存放在查询缓存中,其中,key是查询语句,value是查询的结果数据。
 
如果在查询缓存中没有找到相应的数据,则会继续执行后续的查询阶段。执行完成后,会将结果缓存到查询缓存中。后续的查询如果命中缓存,则直接返回查询缓存中的数据,性能还是挺高的。
 
但是,大多数时候我不太建议小伙伴们开启查询缓存,为啥?原因很简单:查询缓存失效的频率是非常频繁的,只要对一个表进行更新操作,则这张表上所有的查询缓存都会被清空。 而且在MySQL 8.0中,直接删除了查询缓存的功能(冰河在看MySQL源码时,也证明了这一点)。
 
分析器对select语句做了什么?
分析器主要是对select语句进行 词法分析和语法分析 操作。
 
如果select语句没有命中缓存,则首先会由分析器对其进行“词法分析”操作,此时,MySQL会识别select语句中的每个字符串代表什么含义。
 
例如,MySQL会通过"select"关键字识别出这是一个查询语句,也会把"user"识别为"数据表名user",把"id"识别成"字段名id"。接下来,就要进行“语法分析了”,根据语法规则,判断select语句是否满足MySQL的语法。如果判断出输入的SQL语句不满足语法规则,则MySQL会提示相应的错误信息。
 
优化器是如何优化select语句的?
对select语句进行了词法分析和语法分析后,还要经过优化器的优化处理才能执行。比如,我们的select语句中如果使用了多个索引,则优化器会决定使用哪个索引来查询数据;再比如,在select语句中,有多表关联的操作,优化器会决定各表的连接顺序,数据表的连接顺序不同,对于执行的效率会大不相同,优化器往往会选择使用查询效率高的连接顺序。
 
如果select语句经过优化器的优化之后,就会进入执行阶段了。
 
执行器如何执行select语句?
进入执行阶段的select语句,首先,执行器会对当前连接进行权限检查,最直接的方式就是检查当前连接是否对数据表user具有查询权限。如果当前连接对数据表user没有查询权限,就会返回没有权限的错误。例如,会返回如下错误。
 
ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'binghe'@'localhost' for table 'user'
 
如果当前连接具有对数据表user的查询权限,则会继续执行。首先会进行打开数据表的操作,此时优化器会根据创建表时使用的存储引擎,使用相应存储引擎的接口执行查询操作。这里,我们举一个例子:
 
假设,我们在id字段上没有建立索引,执行器执行的流程大致如下所示。
 
(1)通过存储引擎读取数据表user的第一行数据,判断当前行的id值是否等于1001,如果不等于1001,则继续读取下一行数据;如果等于1001,则将当前行放入结果集中。
 
(2)继续通过存储引擎读取下一行数据,执行与(1)相同的逻辑判断,直到处理完user表中的所有数据。
 
(3)处理完所有的数据后,执行器就会将结果集中的数据返回给客户端。
 
如果在id字段上有索引的话,执行的整体逻辑与id字段上没有索引大体一致。
 
如果开启了慢查询的话,执行select语句时,会在慢查询日志中输出一个rows_examined字段,这个字段表示select语句在执行的过程中扫描了数据表中的多少行数据。不过在有些场景下,执行器调用一次,存储引擎内部会会扫描多行,这就导致存储引擎扫描的行数与rows_examined字段标识的行数并不完全相同。

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