目前大部分后端開發人員對MySQL的理解可能停留在一個黑盒子階段。

對MySQL的基本使用沒什么問題，比如建庫、建表、建索引，執行各種增刪改查等。

所以很多后端開發人員眼中的MySQL如下圖所示：

導致其在實際工作中碰到MySQL死鎖異常、SQL性能太差、異常報錯等問題時，直接百度搜索。

然后跟著博客搗鼓就解決了，可能自己都沒搞明白里面的原理。

為了解決這種知其然而不知其所以然的問題，本文將帶著大家探索MySQL底層原理。

這樣大家碰到MySQL的一些異常或者問題時，能夠直戳本質，快速地定位解決。

一、連接管理

系統（客戶端）訪問MySQL服務器前，做的第一件事就是建立TCP連接。

經過三次握手建立連接成功后，MySQL服務器對TCP傳輸過來的賬號密碼做身份認證、權限獲取。

• 用戶名或密碼不對，會收到一個Access denied for user錯誤，客戶端程序結束執行；
• 用戶名密碼認證通過，會從權限表查出賬號擁有的權限與連接關聯，之后的權限判斷邏輯，都將依賴于此時讀到的權限。

接著我們來思考以下問題：

一個系統只會和MySQL服務器建立一個連接嗎？

只能有一個系統和MySQL服務器建立連接嗎？

當然不是，多個系統都可以和MySQL服務器建立連接，每個系統建立的連接肯定不止一個。

所以，為了解決TCP無限創建與TCP頻繁創建銷毀帶來的資源耗盡、性能下降問題。

MySQL服務器里有專門的TCP連接池限制接數，采用長連接模式復用TCP連接，來解決上述問題。

TCP連接收到請求后，必須要分配給一個線程去執行，所以還會有個線程池，去走后面的流程。

這些內容我們都歸納到MySQL的連接管理組件中。

所以連接管理的職責是負責認證、管理連接、獲取權限信息。

二、解析與優化

經過了連接管理，現在MySQL服務器已經獲取到SQL字符串。

如果是查詢語句，MySQL服務器會使用select SQL字符串作為key。

去緩存中獲取，命中緩存，直接返回結果（返回前需要做權限驗證），未命中執行后面的階段，這個步驟叫查詢緩存。

需要注意，select SQL字符串要完全匹配，有任何不同的地方都會導致緩存不被命中（空格、注釋、大小寫、某些系統函數）。

小貼士：雖然查詢緩存有時可以提升系統性能，但也不得不因維護這塊緩存而造成一些開銷，從MySQL 5.7.20開始，不推薦使用查詢緩存，并在MySQL 8.0中刪除。

沒有命中緩存，或者非select SQL就來到分析器階段了。

因為系統發送過來的只是一段文本字符串，所以MySQL服務器要按照SQL語法對這段文本進行解析。

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如果你的SQL字符串不符合語法規范，就會收到You have an error in your SQL syntax錯誤提醒。

通過了分析器，說明SQL字符串符合語法規范，現在MySQL服務器要執行SQL語句了。

MySQL服務器要怎么執行呢？

你需要產出執行計劃，交給MySQL服務器執行，所以來到了優化器階段。

優化器不僅僅只是生成執行計劃這么簡單，這個過程它會幫你優化SQL語句。

如外連接轉換為內連接、表達式簡化、子查詢轉為連接、連接順序、索引選擇等，優化的結果就是執行計劃。

截止到現在，還沒有真正去讀寫真實的表，僅僅只是產出了一個執行計劃。

于是就進入了執行器階段，MySQL服務器終于要執行SQL語句了。

開始執行的時候，要先判斷一下對這個表有沒有相應的權限，如果沒有，就會返回權限錯誤。

如果有權限，根據執行計劃調用存儲引擎API對表進行讀寫。

存儲引擎API只是抽象接口，下面還有個存儲引擎層，具體實現還是要看表選擇的存儲引擎。

講到這里，上面提到的查詢緩存、分析器、優化器、執行器都可以歸納到MySQL的解析與優化組件中。

所以解析與優化的職責如下：

• 緩存
• SQL語法解析驗證
• SQL優化并生成執行計劃
• 根據執行計劃調用存儲引擎接口

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其中連接管理與解析與優化處于MySQL架構中的Server層。

三、小結

在學習任何知識前，先不要著急的陷入細節，而是先了解大致脈絡，形成一個全局觀，之后再去深入了解相關的細節。

MySQL架構分為Server層與存儲引擎層。

連接管理、解析與優化這些并不涉及讀寫表數據的組件劃分到Server層，讀寫表數據而是交給存儲引擎層來做。

通過這種架構設計，我們發現Server層其實就是公用層，存儲引擎層就是多態層，按需選擇具體的存儲引擎。

再細想下，它和模板方法設計模式一摸一樣，它們的執行流程是固定的，Server層等于公用模板函數，存儲引擎層等于抽象模板函數，按需子類實現。

最后以一張MySQL簡化版的架構圖結束本文。

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