MySQL是主流的開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，提供高性能的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。我們?cè)谧龊蠖碎_發(fā)時(shí)，性能瓶頸往往不是應(yīng)用本身，而是數(shù)據(jù)庫(kù)層面。所以掌握Mysql的一些底層原理有助于我們更好地理解Mysql，對(duì)Mysql進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)，從而開發(fā)高性能的后端服務(wù)。
Mysql的邏輯架構(gòu)
Mysql的邏輯架構(gòu)如下圖：
最上層是處理客戶端過來的連接的。主要做連接處理、授權(quán)認(rèn)證、安全等。Mysql在這一層維護(hù)了一個(gè)線程池，用于處理來自客戶端的連接。Mysql可以使用用戶名密碼認(rèn)證，也可以使用SSL基于X.509證書認(rèn)證。
第二層由三部分組成：查詢緩存、解析器、優(yōu)化器。解析器用來解析SQL語(yǔ)句，優(yōu)化器會(huì)對(duì)解析之后的語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。在解析查詢前，服務(wù)器會(huì)先檢查查詢緩存，如果能在其中找到對(duì)應(yīng)的查詢結(jié)果，則無需再進(jìn)行查詢解析、優(yōu)化等過程，直接返回查詢結(jié)果。存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器、視圖等都在這一層實(shí)現(xiàn)。
第三層是存儲(chǔ)引擎，存儲(chǔ)引擎負(fù)責(zé)在MySQL中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、提取數(shù)據(jù)、開啟一個(gè)事務(wù)等等。存儲(chǔ)引擎通過API與上層進(jìn)行通信，這些API屏蔽了不同存儲(chǔ)引擎之間的差異，使得這些差異對(duì)上層查詢過程透明。存儲(chǔ)引擎不會(huì)去解析SQL。
Mysql最常用的存儲(chǔ)引擎是InnoDB
Mysql的并發(fā)控制
如果多個(gè)線程同時(shí)操作數(shù)據(jù)，就有可能引發(fā)并發(fā)控制的問題。本文接下來將介紹Mysql是如何控制并發(fā)讀寫的。
讀寫鎖
如果多個(gè)線程都只是讀數(shù)據(jù)，其實(shí)可以一起讀，不會(huì)互相影響，這個(gè)時(shí)候應(yīng)該使用“讀鎖”，也稱為共享鎖。獲取讀鎖的線程之間互相不會(huì)阻塞，可以同時(shí)讀取一個(gè)資源。
如果有一個(gè)線程需要寫數(shù)據(jù)，則應(yīng)該使用“寫鎖”，也成為排它鎖。寫鎖會(huì)阻塞其它的寫鎖和讀鎖，直至寫操作完成。
鎖粒度
首先明確一個(gè)概念：在給定的資源上，需要加鎖的數(shù)據(jù)越少，系統(tǒng)能夠承載的并發(fā)量就越高。但加鎖也是需要消耗資源的，如果系統(tǒng)花費(fèi)大量的時(shí)間來管理鎖，而不是存取數(shù)據(jù)，那么系統(tǒng)的性能可能會(huì)因此受影響。
所以一個(gè)好的“鎖策略”就是要在鎖的開銷和數(shù)據(jù)的安全性之間尋求平衡，Mysql支持多個(gè)存儲(chǔ)引擎的架構(gòu)，每種存儲(chǔ)引擎都可以實(shí)現(xiàn)自己的鎖策略和鎖粒度。
表鎖和行鎖
表鎖顧名思義就是鎖住整張表。表鎖開銷比較小。對(duì)表加寫鎖后，其它用戶對(duì)這張表的所有讀寫操作都會(huì)被阻塞。在Mysql中，盡管存儲(chǔ)引擎可以提供自己的鎖，但Mysql有時(shí)候也會(huì)使用表鎖，比如 ALTER TABLE 之類的語(yǔ)句。
寫鎖比讀鎖有更高的優(yōu)先級(jí)，因此一個(gè)寫鎖請(qǐng)求可能會(huì)被插入到讀鎖隊(duì)列的前面。
行級(jí)鎖即鎖住整行，可以最大程度地支持并發(fā)處理，但加解鎖的開銷也會(huì)比較大。行級(jí)鎖只在儲(chǔ)存引擎層實(shí)現(xiàn)，所有的存儲(chǔ)引擎都以自己的方式實(shí)現(xiàn)了行級(jí)鎖。
MVCC
MVCC即“多版本并發(fā)控制”，可以認(rèn)為MVCC是行級(jí)鎖的一個(gè)變種，但是它在很多情況下避免了加鎖操作，因此開銷更低。
主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)都實(shí)現(xiàn)了MVCC，但實(shí)現(xiàn)機(jī)制各有不同。實(shí)際上MVCC也沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但大都實(shí)現(xiàn)了非阻塞的讀操作，寫操作也只是鎖定必要的行。
MVCC保證的是每個(gè)事務(wù)里面在執(zhí)行期間看到的數(shù)據(jù)都是一致的。但不同的事務(wù)由于開始的時(shí)間不同，所以可能對(duì)同一張表，同一時(shí)刻看到的數(shù)據(jù)是不一樣的。
在Mysql的InnoDB引擎，是通過給每行記錄后面保存兩個(gè)隱藏的列來實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)是保存行的創(chuàng)建時(shí)間，另一個(gè)保存了行的過期時(shí)間（或刪除時(shí)間）。
實(shí)際上存儲(chǔ)的并不是實(shí)際的一個(gè)時(shí)間戳，而是“系統(tǒng)版本號(hào)”。
每次開啟一個(gè)事務(wù)，系統(tǒng)版本號(hào)都會(huì)遞增。事務(wù)開始時(shí)，系統(tǒng)版本號(hào)會(huì)作為事務(wù)的版本號(hào)，用來和查詢到的行的版本號(hào)進(jìn)行比較。下面分別介紹常見的CRUD操作中版本號(hào)是怎么工作的：
INSERT
保存當(dāng)前系統(tǒng)版本號(hào)作為行版本號(hào)
DELETE
保存當(dāng)前的系統(tǒng)版本號(hào)到這行數(shù)據(jù)的“刪除版本”。
UPDATE
插入一行新紀(jì)錄，保存當(dāng)前系統(tǒng)版本號(hào)作為行版本號(hào)，同時(shí)保存當(dāng)前系統(tǒng)版本號(hào)到原來的行的“刪除版本”。
SELECT
- 只查找版本早于當(dāng)前事務(wù)版本的行。這樣可以保證事務(wù)讀取都的行，要么之前就存在，要么是這個(gè)事務(wù)本身自己插入或者修改的。
- 行的“刪除版本”要么未定義，要么大于當(dāng)前事務(wù)版本號(hào)。這樣可以確保事務(wù)讀取到的行，在事務(wù)之前沒有被刪除。
MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTED兩個(gè)隔離級(jí)別下工作，其它兩個(gè)隔離級(jí)別不能工作。因?yàn)镽EAD UNCOMMITTED總是讀取最新的數(shù)據(jù)防，而不是符合當(dāng)前事務(wù)版本的數(shù)據(jù)行。而SERIALIZABLE則會(huì)對(duì)所有讀取的行都加鎖。
