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如果我们想要了解一条SQL查询语句是如何执行的，那么我们必须了解MySQL的基本架构

MySQL可以分为Server层和存储引擎层两部分

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Server层

主要包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器。除了这些，Server层还包括MySQL的大多数核心服务功能，以及所有的内置函数(日期，时间，数学和加密函数等等)。所有跨存储引擎的功能都在这一层实现(存储过程、触发器、视图等等)。

连接器

负责跟客户端建立连接、获取权限、维护和管理连接。

连接的命令一般是：

mysql -h$ip -P$port -u$user -p

特别注意：输入完命令后，你需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在-p后面。但是这个可能会导致你的密码泄露

在进行经典的TCP握手后，连接器就开始认证你的身份，这个时候就是验证你输入的用户名和密码：

  • 如果用户名和密码不对，你就会收到一个“Access denied for user”的错误，然后客户端程序结束运行
  • 如果用户名密码认证通过，连接器会到权限表里面查出你拥有的权限，之后这个连接里面的权限判定逻辑，都将依赖于此时读到的权限。(这就是说，一个用户成功建立连接的时候，即使管理员对这个用户的权限做修改，也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后，只有再新建的连接再回使用新的权限设置)

在连接完成后，如果没有后续动作，这个连接处于空闲状态。我们可以使用show processlist命令看到它。发现这个连接处于sleep状态

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客户端如果太长时间没动静，连接器就会自动将它断开。这个时间是由参数 wait_timeout 控制的，默认值是 8 小时。如果在连接被断开之后，客户端再次发送请求的话，就会收到一个错误提醒：

Lost connection to MySQL server during query。

这时候如果你要继续，就需要重连，然后再执行请求了。

数据库中长连接与短连接

  • 长连接：指连接成功后，如果客户端持续有请求，则一直使用同一个连接
  • 短连接：指每次执行完很少的几次查询就断开连接，下次查询再重新建立一个

由于建立连接的过程通常是比较复杂的，所以我们一般建议在使用中要尽量减少建立连接的动作，也就是尽量使用长连接。

长连接可能导致的问题：

  • 在全部使用长连接后，有些时候MySQL占用内存涨得特别快，这是因为MySQL 在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。也就是说要想这些资源释放掉，只有我们断开连接才行。所以如果长连接累积下来，可能导致内存占用太大，被系统强行杀掉(OOM)，从现象看就是 MySQL 异常重启了。

两种解决方案：

  1. 定期断开长连接。使用一段时间，或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后，断开连接，之后要查询再重连。
  2. 如果你用的是 MySQL 5.7 或更新版本，可以在每次执行一个比较大的操作后，通过执行 mysql_reset_connection 来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证，但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。
查询缓存

存放之前执行过的语句及其结果，之前查询过的以key-value的形式存放。

其中key是查询的语句，value是查询的结果。在MySQL拿到一个查询请求后，会先到查询缓存看看，之前是不是执行过这条语句。

①如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key(查询的语句)，那么这个 value(查询的结果)就会被直接返回给客户端。

②如果语句不在查询缓存中，就会继续后面的执行阶段。执行完成后，执行结果会被存入查询缓存中。这样操作能够提高查询的效率。

但是，我们一般不建议使用查询缓存，原因如下

  • 查询缓存的失效非常频繁，只要有对一个表的更新，这个表上所有的查询缓存都会被清空。这对于频繁更新的数据库来说，查询缓存的命中率会非常低。

如果我们业务有一张静态表，很长时间才会更新一次。比如，一个系统配置表，那这张表上的查询才适合使用查询缓存。因为这张表不需要频繁的更新。

MySQL 提供了这种“按需使用”的方式。你可以将参数 query_cache_type 设置成 DEMAND，这样对于默认的 SQL 语句都不使用查询缓存。而对于你确定要使用查询缓存的语句，我们可以用 SQL_CACHE 显式指定，像下面这个语句一样：

mysql> select SQL_CACHE * from T where ID=10；
分析器

对没有命中查询缓存的语句进行“词法分析”、“语法分析”

词法分析

  • 输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句，MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么，代表什么。例如：MySQL把输入的"select"这个关键字识别出来，这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”，把字符串“ID”识别成“列 ID”

语法分析

  • 根据词法分析的结果，语法分析器会根据语法规则，判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

如果输入的语句不对，就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒，比如下面这个语句

mysql> elect * from t where 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 'elect * from t where ID=1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置，所以你要关注的是紧接“use near”的内容。

优化器

优化器是在表里面有多个索引的时候，决定使用哪个索引；或者在一个语句有多表关联(join)的时候，决定各个表的连接顺序。

例如下面执行两个表的join语句：

mysql> select * from t1 join t2 using(ID) where t1.c=10 and t2.d=20

这语句有两种执行方法

  1. 从表 t1 里面取出 c=10 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到表 t2，再判断 t2 里面 d 的值是否等于 20。
  2. 从表 t2 里面取出 d=20 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到 t1，再判断 t1 里面 c 的值是否等于 10。

上面两种执行方法的逻辑结果是一样的，但是执行的效率会有不同，而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。在优化器确定执行方案后，将进入到执行器阶段

执行器

判断是否有执行的权限，之后根据权限执行前面处理的语句，并且将结果返回给客户端

判断权限

  • 判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限，如果没有，就会返回没有权限的错误
  • 特别注意：在工程实现上，如果命中查询缓存，会在查询缓存返回结果的时候，做权限验证。查询也会在优化器之前调用 precheck 验证权限

例如：

mysql> select * from T where ID=10;ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'

如果有权限，就打开表继续执行。打开表的时候，执行器就会根据表的引擎定义，去使用这个引擎提供的接口。

举个例子：

我们上面的例子中的表 T，ID 字段没有索引，那么执行器的执行流程是这样的：

  1. 调用 InnoDB 引擎接口取这个表的第一行，判断 ID 值是不是 10。①如果不是则跳过 ②如果是则将这行存在结果集中
  2. 调用引擎接口取“下一行”，重复相同的判断逻辑，直到取到这个表的最后一行。
  3. 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。

对于有索引的表，执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接口，之后循环取“满足条件的下一行”这个接口，这些接口都是引擎中已经定义好的。

我们可以在数据库的慢查询日志看到一个 rows_examined 字段，表示这个语句执行过程中总共扫描了多少行(是每次调用引擎获取数据行的时候累加的)。

存储引擎层

存储引擎层主要是负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的，支持InnoDB、MyISAM、Memory等多个存储引擎。其中自MySQL 5.5.5开始InnoDB存储引擎是MySQL默认的存储引擎。

注：我们可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎，比如在create table语句中使用engine = memory 来指定使用内存引擎创建表。

总结

通过上面的介绍MySQL内部的结构，我们大概知道了一条SQL查询语句是如何执行的：

  1. 首先用户需要与数据库进行连接，这是一个TCP连接的过程，并且连接后需要进行身份的认证，通过认证后，会在权限表中获取你的权限，这个过程是在连接器完成的。
  2. 之后语句会进入查询缓存中进行查询(设置查询缓存是打开的状态，以及需要做权限的认证)
  3. 没有命中进入分析器进行句子的分析，包括词法以及语法分析，确定执行什么操作
  4. 确定执行完什么操作后，进入优化器确定怎么去执行
  5. 确定怎么执行后，来到执行器执行，这个过程是调用引擎接口进行执行的，并且将结果集返回给客户端。

这就是一条SQL查询语句执行的大体过程。

问题

如果表 T 中没有字段 k，而你执行了这个语句 select * from T where k=1, 那肯定是会报“不存在这个列”的错误：“Unknown column ‘k’ in ‘where clause’”。你觉得这个错误是在我们上面提到的哪个阶段报出来的呢？

答案

其实这个在文中已经有答案了，那就是分析器，因为字段k是不存在的，那么分析器分析的时候，会分析不出来这个字段并且报错。

不可能是执行器的原因：执行器在这个时候打开表获取数据，但是表的字段不是数据啊，是事先定义好的，所以可以直接读取的，不需要打开表。