MySQL 缓存机制与架构解析

一、MySQL缓存机制概述

二、MySQL整体架构

三、SQL查询执行全流程

四、MySQL 8.0为何移除查询缓存？

五、MySQL 8.0前的查询缓存配置

六、替代方案：应用层缓存与优化建议

总结

一、MySQL缓存机制概述

MySQL的缓存机制旨在提升数据访问效率，主要分为两类：一级缓存和二级缓存。

一级缓存（InnoDB Buffer Pool）
- 作用：存储数据和索引，减少磁盘I/O操作，由InnoDB存储引擎管理。
- 特点：自动缓存热点数据，通过LRU算法淘汰冷数据。
- 优化建议：通过参数 innodb_buffer_pool_size 调整缓存大小（通常设置为物理内存的70%-80%）。
二级缓存（Query Cache，MySQL 8.0前支持）
- 作用：缓存SELECT查询的结果，直接返回重复查询的结果，避免重复计算。
- 问题：在高并发写入场景中，频繁的缓存失效导致性能下降。

二、MySQL整体架构

MySQL采用分层设计，核心分为三层：

服务层（Service Layer）
- 负责SQL解析、优化和执行，包含三大组件：
  - 解析器（Parser）
    - 词法分析：拆分SQL语句为关键字、表名等标记。
    - 语法分析：生成解析树（Parse Tree），验证语法正确性。
    - 语义检查：验证表、列是否存在及权限。
  - 优化器（Optimizer）
    - 逻辑优化：重写查询，消除冗余条件。
    - 物理优化：选择索引、连接方式（如JOIN顺序），生成成本最低的执行计划。
  - 执行器（Executor）
    - 权限校验后调用存储引擎接口执行计划，返回结果。
引擎层（Storage Engines）
- 支持多种存储引擎（如InnoDB、MyISAM），负责数据存储和读写。
文件系统层（File System）
- 存储表结构文件（.frm）、数据文件（.ibd）、日志文件（redo/undo log）等。

三、SQL查询执行全流程

一条SQL查询从发起到返回结果的完整流程：

客户端请求
应用程序发送SQL语句到MySQL服务端。
解析器处理
解析器验证语法并生成解析树。
优化器生成执行计划
基于统计信息（如表大小、索引选择性）选择最优执行路径。
权限检查
确认用户对目标数据的访问权限。
缓存查询（MySQL 8.0前）
查询缓存（Query Cache）命中则直接返回结果。
执行器调用引擎
执行器按计划调用存储引擎接口：

（1）日志记录：写入redo log保证事务持久性。

（2）一级缓存（Buffer Pool）：若数据已在内存，直接读取；否则从磁盘加载。

7. 结果返回与缓存更新

返回结果集，更新缓存（若涉及写操作，缓存失效）。

四、MySQL 8.0为何移除查询缓存？

高并发写入场景：频繁的DML操作导致缓存频繁失效，维护成本高。
锁竞争：查询缓存需要全局锁，影响并发性能。
替代方案成熟：推荐使用外部缓存（如Redis）或InnoDB缓冲池优化。

五、MySQL 8.0前的查询缓存配置

-- 启用查询缓存
SET GLOBAL query_cache_type = 1;  -- 1为启用，0为关闭
-- 设置缓存大小（64MB）
SET GLOBAL query_cache_size = 64 * 1024 * 1024;
-- 执行查询（命中缓存直接返回）
SELECT * FROM users WHERE id = 1;