1 mysql逻辑架构

mysql逻辑架构图：

Mysql服务器、存储引擎 是两个独立的组件，彼此通过api交互

1. 第一层：连接处理、授权认证、安全管理
2. 第二层：核心服务功能
   1. 查询解析、分析、优化、缓存以及所有的内置函数(日期、时间、数学、加密函数等）
   2. 跨存储引擎的功能：存储过程、触发器、视图等。
3. 第三层：存储引擎，负责MySQL中数据的存储和提取。
   1. 服务器通过API与存储引擎进行通信。
   2. 存储引擎不会去解析SQL，不同存储引擎之间也不会相互通信，仅响应上层服务器的请求。

1.1 连接管理与安全性

1. 服务器为每个客户端单独开辟一个线程（或线程池（少量线程）以应对大量连接），处理来自该客户端的所有连接。
2. 认证方式：
   1. 用户名+密码+主机信息(ip 端口)
   2. 安全套接字SSL （后续章节详解 todo）
3. 连接权限校验

1.2 优化与执行

优化器工作内容：

1. 先解析查询，并创建解析树，再优化，如：重写查询、决定表的读取顺序、选择合适的索引等。使用【优化器解释explain】来查看其优化内容
2. 优化器并不关心表使用什么存储引擎，但存储引擎对于优化查询有影响：优化器会请求存储引擎提供容量或某个具体操作的开销信息，以及表数据的统计信息等。
3. 对于SELECT语句，在解析查询之前，服务器会先检查查询缓存，如果能够在其中找到对应的查询，服务器就不必再执行查询解析、优化和执行的整个过程，而是直接返回查询缓存中的结果集。

2 并发控制

Mysql有两个层面的并发控制：服务器层和存储引擎层

2.1 锁粒度

1. 每个存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度。
2. 两种基本锁粒度：表锁、行级锁

2.2 表锁

1. Mysql最基本的锁策略，也是开销最小的策略。它会锁定整张表。对表进行写操作前，需先获得写锁。读写互斥，读读不互斥
2. 写锁比读锁有更高的优先级，一个写锁请求可能会被插入到读锁队列的前面(反之读锁则不能插入到写锁的前面)。
3. 尽管存储引擎可以管理自己的锁，MySQL服务器还是会使用各种有效的表锁来实现不同
   的目的。例如，Mysql服务器会为诸如ALTER TABLE之类的语句使用表锁，而忽略存储引擎的锁机制。

2.3 行级锁

1. 只在存储引擎层实现，而MySQL服务器层没有实现。
2. 并发性好，但锁开销大

3 事务

3.1 数据库事务四特性

事务是指一组逻辑操作，它们要么一起成功，要么一起失败。

ACID：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）

1. 原子性：事务是一个不可分割的最小单元，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。
2. 一致性：如果事务执行之前数据库是一个完整的状态，那么事务结束后（无论事务是否执行成功）数据库仍然是一个完整的状态。(DB中所有的数据都符合DB的约束规范）
3. 隔离性：多个用户并发访问数据库时，一个用户的事务不能被其他用户的事务所干扰，多个并发事务之间数据要相互隔离。
4. 持久性：事务一旦被提交，它对数据库的影响是永久性的

3.2 隔离级别

SQL标准定义了四种隔离级别：

隔离级别	说明	问题
读未提交（Read Uncommitted）	事务A可读取事务B未提交的数据	引发 脏读
读已提交（Read Committed）	事务A只能读取其它已提交事务的数据；	引发 不可重复读
可重复读（Repeatable Read）	保证同一事务中多次读取同样的记录的结果是一致的；Mysql默认事务隔离级别	解决了脏读；但引发 幻读
可串行化（Serializable）	强制事务串行执行，在读的每一行数据行上加锁	大量的超时和锁竞争

• 脏读：一个事务读取了另外一个未提交事务数据

• 不可重复读取：在当前事务中，读取了另一事务提交的更新或者删除的数据。异常情形：同一事务先后执行相同的select语句时可能看到不一样的结果

• 幻读：当事务A在读取某个范围内的记录时,事务B又在该范围内插入了新的记录，当事务A再次读取该范围的记录时，会产生幻行（读取到新插入的记录）；多版本控制(MVVC)解决幻读

总结：

3.3 死锁

数据库系统实现了多种锁检测和死锁超时机制：

1. 方式一：当检测到死锁的循环依赖，立即返回一个错误。
2. 方式二：当查询的时间达到锁等待超时的设定值后，放弃锁请求
3. InnoDB处理死锁的方法：将持有最少行级排他锁的事务进行回滚

3.4 事务日志

事务日志的目的是提交事务效率。

1. 首先数据库的数据可以被缓存到内存
2. 修改表数据时，会先修改内存中的数据，再把该修改行为以追加的方式记录到事务日志
3. 事务日志保存到磁盘后，后台线程稍后把修改的数据刷新到磁盘
4. 它是一种预写日志策略（write ahead logger），修改数据需要写两次磁盘

3.5 MySql中的事务

一、自动提交

默认采用自动提交模式（auto commit）

1. 自动提交模式：如果不是显式地开启一个事务，那么每一条sql指令都会当做一个事务来执行。
2. 非自动提交模式：所有sql指令都在一个事务中，直到显式地执行COMMIT提交或者ROLLBACK回滚，该事务结束，同时又开始了新的事务。

二、在事务中混合使用存储引擎

MySQL服务器层不管理事务，事务是由下层的存储引擎实现的。所以在同一个事务中,使用多种存储引擎是不可靠的。

三、隐式和显式锁定
todo

4 多版本并发控制MVCC

目标：减少不必要的锁操作

实现原理：

一、两个前提：

1. 每个事务开始之前，会以递增方式生成一个系统版本号。以下简称：VNum
2. 在每一行记录增加两个隐藏列：一个保存行的创建时间、一个保存行的删除时间。这两个时间概念用系统版本号来代替

二、对于不同的sql指令，InnoDB执行不同的操作：

INSERT： 为新插入的每一行保存VNum作为行版本号。
DELETE：为删除的每一行保存VNum作为行删除标识。
UPDATE：为插入一行新记录，保存VNum作为行版本号，同时保存VNum到原来的行作为行删除标识。
SELECT：
InnoDB会根据以下两个条件检查每行记录:

1. 只查找版本早于当前事务版本的数据行(也就是，行的系统版本号小于或等于事务的系统版本号)，这样可以确保事务读取的行，要么是在事务开始前已经存在的，要么是事务自身插入或者修改过的。
2. 行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号。这可以确保事务读取到的行，在事务开始之前未被删除。

只有符合上述两个条件的记录，才能返回作为查询结果。

温馨提示：数据库的删除、更新，跟浅义上的理解不一样：1、delete并非把数据从磁盘删除；update它是先插入后删除。在后续学习笔记会对此进行更深入讲解。

5 MySql常用存储引擎

5.1 InnoDB

• InnoDB采用MVCC来支持高并发，实现了四个标准的隔离级别，默认级别：REPEATABLE READ (可重复读)
• 通过间隙锁(next-key locking)策略防止幻读的出现 （后续章节详解 todo)
• InnoDB的表是基于聚族索引建立 （后续章节详解 todo)
• 存储格式是平台独立，可以将数据和索引文件跨平台复制。
• 其它优化：可预测性预读、自适应hash索引、插入缓冲区等 （后续章节详解 todo)
• 支持真正热备份 （后续章节详解 todo)

5.2 MyISAM

不支持：事务、行级锁、奔溃后安全恢复
适用于：表比较小、读多写少的场景

特性：

一、加锁与并发
对整张表加锁，而不是针对行。读取时会对需要读到的所有表加共享锁，写入时则对表加排他锁。在表有读取查询的同时，也可以往表中插入新的记录(并发插人)
二、奔溃修复
崩溃后无法安全恢复
三、索引特性
支持全文索引：对于MyISAM表，即使是BL0B和TEXT等长字段，也可以基于其前500个字符创建索引

6 InnoDB如何使用MVCC解决幻读

后续章节详解 todo
可参照：InnoDB事务模型和锁定