SQL查詢語句執行的過程

2022-05-20 19:01:00

MySQL基本架構

下面給出的是 MySQL 的基本架構示意圖（圖片來自網路），從下圖中我們可以比較清楚地看到 SQL 語句在 MySQL 的各個功能模組中的執行過程。

從上圖直觀的來看，MySQL 可分為 Server 層和儲存引擎層兩部分。

Server 層包括 聯結器、查詢快取、分析器、優化器、執行器等，涵蓋 MySQL 的大多數核心服務功能，以及所有的內建函數（如日期時間函數、字串函數、數學函數和加密函數等），所有跨儲存引擎的功能都在這一層實現，比如儲存過程、觸發器、檢視等。

儲引擎層負責資料的儲存和提取。其架構模式是外掛式的，支援 InnoDB、MyISAM、Memory 等多個儲存引擎。現在最常用的儲存引擎是 InnoDB，它從 MySQL 5.5.5 版本開始成為了預設儲存引擎。當執行 ·create table · 建表的時候，如果不指定引擎型別，預設使用的就是 InnoDB指。在 create table 語句中使用 engine=memory, 來指定使用記憶體引擎建立表。不同儲存引擎的表資料存取方式不同，支援的功能也不同，在後面的文章中再來討論引擎的知識。

從上圖中可以看出，不同的儲存引擎共用一個Server 層，也就是從聯結器到執行器的部分。下面來看下每個元件的作用。

Server 層

1、聯結器

使用資料庫的第一步就是先連線到這個資料庫上，這時候作為接待的就是聯結器。聯結器負責跟使用者端建立連線、獲取許可權、維持和管理連線。

連線命令：

mysql mysql -h主機地址 -u使用者名稱 －p

輸完命令之後，你就需要在互動對話裡面輸入密碼。雖然密碼也可以直接跟在 -p 後面寫在命令列中，但這樣可能會導致你的密碼洩露，不建議直接跟著輸入。

下圖為我的電腦操作（mac+ mamp）：

如果輸入賬號或密碼錯誤會提示（1045）：

ERROR 1045 (28000): Access denied for user 'root'@'localhost' (using password: YES)

截圖如下：

當使用者名稱密碼認證通過後，聯結器會到許可權表裡面查出你擁有的許可權。之後，這個連線裡面的許可權判斷邏輯，都將依賴於此次登陸讀到的許可權。

連線成功截圖：

從上圖我們可以看到一些關MySQL的版本號資訊（Server version: 5.7.23 MySQL Community Server (GPL) ）。

當用戶成功建立連線後，即使你用管理員賬號對這個使用者的許可權做了修改，也不會影響已經存在連線的許可權。修改完成後，只有再新建的連線才會使用新的許可權設定。

連線完成後，如果你沒有後續的動作，這個連線就處於空閒狀態，可以通過 show processlist; 命令中看到它。下圖是 show processlist 的結果。

其中，當 Command 列有顯示為“Sleep”的這一行，就表示現在系統裡面有一個空閒連線。

使用者端如果太久沒動靜，聯結器會自動將它斷開。這個時間是由引數 wait_timeout控制，預設值是8小時。

檢視預設連線超時時長：

show variables like 'wait_timeout';

可以使用命名來修改這個引數值：

set wait_timeout =28801; // 自定義時長

結果如下：

如果在連線被斷開之後，使用者端再次傳送請求時，就會收到一個錯誤提醒： Lost connection to MySQL server during query。這時如果你要繼續執行，則需要重連線，再執行請求。

資料庫裡面，長連線是指連線成功後，如果使用者端持續有請求，則一直使用同一個連線。短連線則是指每次執行完很少的幾次查詢就斷開連線，下次查詢再重新建立一個。

建立連線的過程通常比較複雜，建議在使用中要儘量減少建立連線的動作，也就是儘量使用長連線。

如果全部使用長連線後，有時 MySQL 佔用大量記憶體，這是因為 MySQL 在執行過程中臨時使用的記憶體是管理在連線物件裡面的。這些連線資源只在連線斷開的時候才釋放。如果長連線長期累積，可能導致記憶體佔用太大，被系統強行殺掉，則導致MySQL 異常重啟。

怎麼解決這個問題呢？

定期斷開長連線。使用一段時間後，或程式裡面判斷執行過一個佔用記憶體的大查詢後，斷開連線，之後要查詢時再重新連線。

如果是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次執行一個比較大的操作後，通過執行 mysql_reset_connection 來重新初始化連線資源。這個過程不需要重連和重新做許可權驗證，但是會將連線恢復到剛剛建立完時的狀態。

2、查詢快取

連線建立完成後，就可以執行 select 語句了。執行邏輯就會來到第二步：查詢快取。

MySQL 拿到一個查詢請求後，先到查詢快取看之前是否執行過這條語句。之前執行過的語句及其結果可能會以 key-value 對的形式，被直接快取在記憶體中。key 是查詢的語句，value 是查詢的結果。如果你的查詢能夠直接在這個快取中找到 key，那麼這個 value 就會被直接返回給使用者端。

如果語句不在查詢快取中，就會繼續後面的執行階段。執行完成後，執行結果會被存入查詢快取中。如果查詢命中快取，MySQL 不需要執行後面的複雜操作，就可以直接返回結果，這個效率會很高。

但是大多數情況下我會建議你不要使用查詢快取，因為查詢快取往往弊大於利。

查詢快取的失效非常頻繁，只要有對一個表的更新，這個表上所有的查詢快取都會被清空。因此很可能你費勁地把結果存起來，還未使用，就被一個更新全更新了。對於更新壓力大的資料庫來說，查詢快取的命中率會非常低。如果有一張很長時間才會更新一次靜態表，那這張表上的查詢才適合使用查詢快取。

好在 MySQL 也提供了這種“按需使用”的方式。你可以將引數 query_cache_type 設定成 DEMAND，這樣對於預設的 SQL 語句都不使用查詢快取。而對於你確定要使用查詢快取的語句，可以用 SQL_CACHE 顯式指定，如下面語句：

mysql> SELECT SQL_CACHE * FROM `test` WHERE id=1;

需要注意的是，MySQL 8.0 版本直接將查詢快取的整塊功能刪掉了，也就是說 8.0 開始徹底沒有這個功能了。

3、分析器

如果沒有命中查詢快取，就要開始真正執行語句了。首先，MySQL 需要知道你要做什麼，因此需要對 SQL 語句做解析。

分析器先會做“詞法分析”。你輸入的是由多個字串和空格組成的一條 SQL 語句，MySQL 需要識別出裡面的字串分別是什麼，代表什麼。

SQL語句舉例：

SELECT * FROM `test` WHERE id=1;

MySQL 從你輸入的"SELECT"這個關鍵字識別出來，這是一個查詢語句。它也要把字串“”test"識別成"表名 test"，把字串“id”識別成“列 id”。

識別完後，就要做“語法分析”。根據詞法分析的結果，語法分析器會根據語法規則，判斷你輸入的這個 SQL 語句是否滿足 MySQL 語法。

如果你的語句不對，就會收到“You have an error in your SQL syntax”的錯誤提醒，比如下面這個語句 where 多打了個字元“1”。

mysql> SELECT SQL_CACHE * FROM `test` WHERE1 id=1;

ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'id=1' at line 1

一般語法錯誤會提示第一個出現錯誤的位置，所以你要關注的是“use near” 附件的內容。

如圖所示：

分析器，構造一棵解析樹（內部資料結構），整棵樹只確保沒有語法錯誤（語法分析），比如檢查識別符號是否有效、語句是否閉合。也包括重寫查詢、決定表的讀取順序、選擇合適的索引等。

4、優化器

經過分析器，MySQL 就知道你要做什麼了。在開始執行之前，還要先經過優化器的處理。

優化器是在表裡面有多個索引的時候，決定使用哪個索引；或者在一個語句有多表關聯（join）的時候，決定各個表的連線順序。比如你執行下面這樣的語句，這個語句是執行兩個表的 join：

mysql> SELECT * FROM `test1`  JOIN `test2` USING(id)  WHERE  test1.a=1 AND test2.t=2;

既可以先從表 test1 裡面取出 a=1 的記錄的 ID 值，再根據 ID 值關聯到表 test2，再判斷 t2 裡面 t 的值是否等於 2。也可以先從表 test2 裡面取出 t=2 的記錄的 ID 值，再根據 ID 值關聯到 test1，再判斷 test1 裡面 a 的值是否等於 1。這兩種執行方法的邏輯結果一樣，但是執行的效率會有不同，優化器的作用就是決定選擇使用哪一個方案。

優化器階段完成後，這個語句的執行方案就確定下來了，然後進入執行器階段。至於優化器是怎麼選擇索引的，在後面的文章中會單獨整理關於優化器的內容。