怎么学mysql底层原理 MySQL基本原理

mysql是怎样运行的从根儿上理解mysql电子书

《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL》采用诙谐幽默的表达方式，对MySQL的底层运行原理进行了介绍，内容涵盖了使用MySQL的同学在求职面试和工作中常见的一些核心概念。总计22 章，划分为4个部分。第1部分介绍了MySQL入门的一些知识，比如MySQL的服务器程序和客户端程序有哪些、MySQL的启动选项和系统变量，以及使用的字符集等。第2部分是本书后续章节的基础，介绍了MySQL的一些基础知识，比如记录、页面、索引、表空间的结构和用法等。第3部分则与大家在工作中经常遇到的查询优化问题紧密相关，介绍了单表查询、连接查询的执行原理，MySQL基于成本和规则的优化具体指什么，并详细分析了Explain语句的执行结果。第4部分则是与MySQL中的事务和锁相关，介绍了事务概念的来源，MySQL是如何实现事务的，包括redo日志、undo日志、MVCC、各种锁的细节等。

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尽管《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL》在写作时参考的MySQL源代码版本是5.7.22，但是大部分内容与具体的版本号并没有多大关系。无论是很早之前就已身居MySQL专家的人员，还是希望进一步提升技能的DBA，甚至是三五年后才会入行的“萌新”，本书都是他们彻底了解MySQL运行原理的优秀书

Mysql的工作原理是什么

Mysql 工作原理图

Mysql是由SQL接口，解析器，优化器，缓存，存储引擎组成的。

mysql原理图各个组件说明：

1. connectors

与其他编程语言中的sql 语句进行交互，如php、java等。

2. Management Serveices Utilities

系统管理和控制工具

3. Connection Pool (连接池)

管理缓冲用户连接，线程处理等需要缓存的需求

4. SQL Interface (SQL接口)

接受用户的SQL命令，并且返回用户需要查询的结果。比如select from就是调用SQL Interface

5. Parser （解析器）

SQL命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析。

主要功能：

a . 将SQL语句分解成数据结构，并将这个结构传递到后续步骤，后面SQL语句的传递和处理就是基于这个结构的

b.  如果在分解构成中遇到错误，那么就说明这个sql语句是不合理的，语句将不会继续执行下去

6. Optimizer (查询优化器)

SQL语句在查询之前会使用查询优化器对查询进行优化(产生多种执行计划,最终数据库会选择最优化的方案去执行,尽快返会结果) 他使用的是“选取-投影-联接”策略进行查询。

用一个例子就可以理解： select uid,name from user where gender = 1;

这个select 查询先根据where 语句进行选取，而不是先将表全部查询出来以后再进行gender过滤

这个select查询先根据uid和name进行属性投影，而不是将属性全部取出以后再进行过滤

将这两个查询条件联接起来生成最终查询结果.

7. Cache和Buffer (查询缓存)

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。

这个缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，key缓存，权限缓存等

8.Engine (存储引擎)

存储引擎是MySql中具体的与文件打交道的子系统。也是Mysql最具有特色的一个地方。

Mysql的存储引擎是插件式的。它根据MySql AB公司提供的文件访问层的一个抽象接口来定制一种文件访问机制（这种访问机制就叫存储引擎）

SQL 语句执行过程

数据库通常不会被直接使用，而是由其他编程语言通过SQL语句调用mysql，由mysql处理并返回执行结果。那么Mysql接受到SQL语句后，又是如何处理

首先程序的请求会通过mysql的connectors与其进行交互，请求到处后，会暂时存放在连接池（connection pool)中并由处理器（Management Serveices Utilities）管理。当该请求从等待队列进入到处理队列，管理器会将该请求丢给SQL接口（SQL Interface）。SQL接口接收到请求后，它会将请求进行hash处理并与缓存中的结果进行对比，如果完全匹配则通过缓存直接返回处理结果；否则，需要完整的走一趟流程：

(1)由SQL接口丢给后面的解释器（Parser），解释器会判断SQL语句正确与否，若正确则将其转化为数据结构。

(2)解释器处理完，便来到后面的优化器（Optimizer），它会产生多种执行计划,最终数据库会选择最优化的方案去执行,尽快返会结果。

(3)确定最优执行计划后，SQL语句此时便可以交由存储引擎（Engine）处理，存储引擎将会到后端的存储设备中取得相应的数据，并原路返回给程序。

注意点

(1)如何缓存查询数据

存储引擎处理完数据，并将其返回给程序的同时，它还会将一份数据保留在缓存中，以便更快速的处理下一次相同的请求。具体情况是，mysql会将查询的语句、执行结果等进行hash，并保留在cache中，等待下次查询。

(2)buffer与cache的区别

从mysql原理图可以看到，缓存那里实际上有buffer和cache两个，那它们之间的区别：简单的说就是，buffer是写缓存，cache是读缓存。

(3)如何判断缓存中是否已缓存需要的数据

这里可能有一个误区，觉得处理SQL语句的时候，为了判断是否已缓存查询结果，会将整个流程走一遍，取得执行结果后再与需要的进行对比，看看是否命中，并以此说，既然不管缓存中有没有缓存到查询内容，都要整个流程走一遍，那缓存的优势在哪？

其实并不是这样，在第一次查询后，mysql便将查询语句以及查询结果进行hash处理并保留在缓存中，SQL查询到达之后，对其进行同样的hash处理后，将两个hash值进行对照，如果一样，则命中，从缓存中返回查询结果；否则，需要整个流程走一遍。

MySQL底层原理

二叉树：当不平衡时，单边增长，可能退化为线性

红黑树：数据量大时，深度不可控

AVL树：相比较与红黑树，严格平衡，但是增删情况下，通过旋转再平衡的开销过大，适合查找场景多的应用

Hash： 不支持范围查找

平衡的多路查找树，一个结点存放多个元素。

与红黑树相比，在相同的的节点的情况下，一颗B/B+树的高度远远小于红黑树的高度(在下面B/B+树的性能分析中会提到)。B/B+树上操作的时间通常由存取磁盘的时间和CPU计算时间这两部分构成，而CPU的速度非常快，所以B树的操作效率取决于访问磁盘的次数，关键字总数相同的情况下B树的高度越小，磁盘I/O所花的时间越少。

m阶：节点中，子节点数的最大值（子节点数，不是结点存放元素）

1. 树中每个结点最多m个子树（最多m-1个关键字，两个子树夹一个关键字）

2. 根节点最少有1个关键字

3. 非根结点最少m/2个子树（m/2 - 1个关键字）

4. 每个关键字排序

5. 所有的叶子结点位于同一层

6. 每个结点都存有索引和数据

（1）简介

B+树是应文件系统所需而产生的一种B树的变形树（文件的目录一级一级索引，只有最底层的叶子节点（文件）保存数据）非叶子节点只保存索引，不保存实际的数据，数据都保存在叶子节点中。所有的非叶子节点都可以看成索引部分！

（2）B+树的性质(下面提到的都是和B树不相同的性质)

1. b+树有两种类型的结点：

1.1 内部结点（索引结点，非叶结点）： 只存索引，不存数据

1.2 叶子结点 （存数据）

2. 内部结点 和 叶子结点的 key递增排序

3. 每个叶结点存有相邻叶结点的指针

4. 父结点存有右孩子第一个元素索引

1.磁盘io代价低：b+树的非叶结点只存储索引，不存储数据，单一结点能存放的索引数更多，树更矮胖

2. b+树查询效率稳定：所有查询必须到叶节点

3. b+树叶子节点为有序表，效率更高，支持范围查询。