一條SQL查詢語句是如何執行的？

本篇文章將經過一條 SQL 的執行過程來介紹 MySQL 的基礎架構。

首先有一個 user_info 表，表裏有一個 id 字段，執行下面這條查詢語句：

select * from user_info where id = 1;

返回結果爲：

+----+----------+----------+--------+------+---------------------+---------------------+
| id | username | password | openid | role | create_time         | update_time         |
+----+----------+----------+--------+------+---------------------+---------------------+
| 1  | 武培軒   | 123      | 1      |    1 | 2019-08-29 00:29:08 | 2019-08-29 00:29:08 |
+----+----------+----------+--------+------+---------------------+---------------------+

下面給出 MySQL 的基本架構示意圖，能夠看出 SQL 語句在 MySQL 的各個模塊中的執行過程。

MySQL 基本架構

大致上，MySQL 分爲 Server 層和存儲引擎層兩部分。

Server 層包括鏈接器、查詢緩存、分析器、執行器等，以及全部的內置函數（如日期、時間、數學和加密函數等）和跨存儲引擎的功能（如存儲過程、觸發器、視圖）。

存儲引擎層負責數據的存儲和提取，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多個存儲引擎。MySQL 5.5.5 版本後默認存儲存儲引擎是 InnoDB。

鏈接器（Connector）

在查詢 SQL 語句前，確定要先創建與 MySQL 的鏈接，這就是由鏈接器來完成的。鏈接器負責跟客戶端創建鏈接、獲取權限、維持和管理鏈接。鏈接命令爲：

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

輸入密碼，驗證經過後，鏈接器會到權限表裏面查出你擁有的權限，以後這個鏈接裏面的權限判斷邏輯，都將依賴於此時讀到的權限，一個用戶成功創建鏈接後，即便管理員對這個用戶的權限作了修改，也不會影響已經存在鏈接的權限，修改完後，只有再新建的鏈接纔會使用新的權限設置。

鏈接完成後，若是你沒有後續的動做，這個鏈接就處於空閒狀態，你能夠在 show processlist 命令中看到它。結果以下：

+----+------+----------------+------------------+---------+------+----------+------------------+
| Id | User | Host           | db               | Command | Time | State    | Info             |
+----+------+----------------+------------------+---------+------+----------+------------------+
|  3 | root | localhost:2790 | NULL             | Sleep   | 5878 |          | NULL             |
|  4 | root | localhost:2791 | springcloud_sell | Sleep   | 5838 |          | NULL             |
|  7 | root | localhost:2900 | springcloud_sell | Sleep   | 5838 |          | NULL             |
| 10 | root | localhost:3627 | springcloud_sell | Query   |    0 | starting | show processlist |
+----+------+----------------+------------------+---------+------+----------+------------------+

客戶端若是太長時間沒動靜，鏈接器就會自動將它斷開；這個時間是由參數 wait_timeout 控制的，默認值是8小時。若是在鏈接被斷開以後，客戶端再次發送請求的話，就會收到一個錯誤提醒：Lost connection to MySQL server during query。

長鏈接和短鏈接

• 數據庫裏面，長鏈接是指鏈接成功後，若是客戶端持續有請求，則一直使用同一個鏈接。
• 短鏈接則是指每次執行完不多的幾回查詢就斷開鏈接，下次查詢再從新創建一個。

創建鏈接的過程一般是比較複雜的，建議在使用中要儘可能減小創建鏈接的動做，儘可能使用長鏈接。可是所有使用長鏈接後，有時候 MySQL 佔用內存漲得特別快，這是由於 MySQL 在執行過程當中臨時使用的內存是管理在鏈接對象裏面的。這些資源會在鏈接斷
開的時候才釋放。因此若是長鏈接累積下來，可能致使內存佔用太大，被系統強行殺掉（OOM），從現象看就是 MySQL 異常重啓了。

怎麼解決這個問題呢？能夠考慮如下兩種方案：

1. 按期斷開長鏈接。使用一段時間，或者程序裏面判斷執行過一個佔用內存的大查詢後，斷開鏈接，以後要查詢再重連。
2. MySQL 5.7 以上版本，能夠在每次執行一個比較大的操做後，經過執行 mysql_reset_connection 來從新初始化鏈接資源。這個過程不須要重連和從新作權限驗證，可是會將鏈接恢復到剛剛建立完時的狀態。

查詢緩存（Query Cache）

在創建鏈接後，就開始執行 select 語句了，執行前首先會查詢緩存。

MySQL 拿到查詢請求後，會先查詢緩存，看是否是執行過這條語句。執行過的語句及其結果會以 key-value 對的形式保存在必定的內存區域中。key 是查詢的語句，value 是查詢的結果。若是你的查詢可以直接在這個緩存中找到 key，那麼這個
value 就會被直接返回給客戶端。

若是語句不在查詢緩存中，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緩存中。若是查詢命中緩存，MySQL 不須要執行後面的複雜操做，就能夠直接返回結果，會提高效率。

可是查詢緩存的失效很是頻繁，只要有對一個表的更新，這個表上全部的查詢緩存都會被清空。對於更新壓力大的數據庫來講，查詢緩存的命中率會很是低。若是業務中須要有一張靜態表，很長時間纔會更新一次。好比，一個系統配置表，那這張表上的查詢才適合使用查詢緩存。MySQL 提供了這種按需使用的方式。能夠將參數 query_cache_type 設置成 DEMAND，對於默認的 SQL 語句都將不使用查詢緩存。而對於你肯定要使用查詢緩存的語句，能夠用 SQL_CACHE 顯式指定，以下：

mysql> select SQL_CACHE * from user_info where id = 1;

MySQL 8.0 版本將查詢緩存的功能刪除了。

分析器（Analyzer）

若是查詢緩存未命中，就要開始執行語句了。首先，MySQL 須要對 SQL 語句進行解析。

分析器先會作詞法分析。SQL 語句是由多個字符串和空格組成的，MySQL 須要識別出裏面的字符串分別是什麼，表明什麼。MySQL 從你輸入的 select 這個關鍵字識別出來，這是查詢語句。它也要把字符串 user_info 識別成表名，把字符串 id 識別成列名。以後就要作語法分析。根據詞法分析的結果，語法分析器會根據語法規則，判斷輸入的 SQL 語句是否知足 MySQL 語法。

若是你 SQL 語句不對，就會收到 You have an error in your SQL syntax 的錯誤提醒，好比下面這個語句 from 寫成了 form。

mysql> select * form user_info  where id = 1;
1064 - 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 'form user_info  where id = 1' at line 1

通常語法錯誤會提示第一個出現錯誤的位置，因此要關注的是緊接 use near 的內容。

優化器（Optimizer）

通過分析器的詞法分析和語法分析後，還要通過優化器的處理。

優化器是在表裏面有多個索引的時候，決定使用哪一個索引；或者在一個語句有多表關聯（join）的時候，決定各個表的鏈接順序。好比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 order_master JOIN order_detail USING (order_id) WHERE order_master.pay_status = 0 AND order_detail.detail_id = 1558963262141624521;

既能夠先從表 order_master 裏面取出 pay_status = 0 的記錄的 order_id 值，再根據 order_id 值關聯到表 order_detail，再判斷 order_detail 裏面 detail_id 的值是否等於 1558963262141624521。

也能夠先從表 order_detail 裏面取出 detail_id = 1558963262141624521 的記錄的 order_id 值，再根據 order_id 值關聯到 order_master，再判斷 order_master 裏面 pay_status 的值是否等於 0。

這兩種執行方法的邏輯結果是同樣的，可是執行的效率會有不一樣，而優化器的做用就是決定選擇使用哪個方案。優化器階段完成後，這個語句的執行方案就肯定下來了，而後進入執行器階段。

執行器（Actuator）

MySQL 經過分析器知道了要作什麼，經過優化器知道了該怎麼作，因而就進入了執行器階段，開始執行語句。

開始執行的時候，要先判斷一下你對這個表 user_info 有沒有執行查詢的權限，若是沒有，就會返回沒有權限的錯誤，以下所示 (若是命中查詢緩存，會在查詢緩存返回結果的時候，作權限驗證。查詢也會在優化器以前調用 precheck 驗證權限)。

mysql> select * from user_info where id = 1;
ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'wupx'@'localhost' for table 'user_info'

若是有權限，就打開表繼續執行。打開表的時候，執行器就會根據表的引擎定義，去使用這個引擎提供的接口。好比咱們這個例子中的表 user_info 中，id 字段沒有索引，那麼執行器的執行流程是這樣的：

1. 調用 InnoDB 引擎接口取這個表的第一行，判斷 id 值是否是 1，若是不是則跳過，若是是則將這行存在結果集中；
2. 調用引擎接口取下一行，重複相同的判斷邏輯，直到取到這個表的最後一行。
3. 執行器將上述遍歷過程當中全部知足條件的行組成的記錄集做爲結果集返回給客戶端。

對於有索引的表，第一次調用的是取知足條件的第一行這個接口，以後循環取知足條件的下一行這個接口。

數據庫的慢查詢日誌中有 rows_examined 字段，表示這個語句執行過程當中掃描了多少行。這個值就是在執行器每次調用引擎獲取數據行的時候累加的。在有些場景下，執行器調用一次，在引擎內部則掃描了多行，所以引擎掃描行數跟 rows_examined 並非徹底相同的。

總結

主要經過對一個 SQL 語句完整執行過程進行講解，介紹 MySQL 的邏輯架構，MySQL 主要包括鏈接器、查詢緩存、分析器、優化器、執行器這幾個模塊。