Mysql（一）查询Sql是如何执行的

Hello，大家好我是极客涛😎，我最近在整理Mysql相关的知识点，所以准备开启一个Mysql的主线任务，大概耗时3周左右，整个节奏还是由浅入深，主要包括Mysql的架构、事务实现、索引组织形式、SQL优化、日志系统、锁、主从架构、无锁变更、最佳实践等等。大家可以随着我的这个路线，一起沉淀沉淀，如何检验自己的学习成果呢，刷面试题，遇到不清楚的在往深里研究。好了，那我们开始~

引言

我们知道Mysql是一个数据库系统，提供了对数据的增删改查API，我们通过一条条简单的SQL就可以实现对系统的各种操作，为了更容易理解，我们按照从整体到局部的思路，先鸟瞰Mysql整体的架构，然后再对每个细节深入研究，所以今天我们通过一条查询SQL的执行流程，看一看Mysql的应用架构是如何组成的。

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Mysql的应用架构

Mysql的应用架构遵循了职责单一、能力分层、插件化的原则。整体上看，Mysql主要分为服务层和引擎层：

服务层：Mysql的通用能力层，负责对外（客户端）暴露端口、解析SQL语法、执行SQL优化、通过调用引擎层的API对整个查询过程进行API调用的编排。

引擎层：引擎层负责对数据的存储和读取，并通过API将能力暴露给服务层使用。Mysql支持不同的存储引擎通过插件的方式接入Mysql的服务层，不同的存储引擎适用于不同的使用场景，如Memory、InnoDB、MySAM。

再进行细分的话，服务层又包括：连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器。
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连接器

不管Mysql内部如何运行，都需要有一个与外界进行交互的桥梁，连接器就起到了桥梁的作用。连接器是Mysql的统一门面，负责与客户端建立会话连接、进行用户认证、查询用户权限、维持和管理会话连接。

mysql -h$ip -P$oprt -u$username -p$password

当我们执行mysql的连接命令时，通过ip + port 定位到是哪个Mysql服务，经过TCP握手之后，连接器和客户端就建立了会话连接，然后这条命令就来了连接器。连接器首先通过 -u 和 -p 参数对本次请求进行认证操作，验证用户是否在Mysql服务中注册过，密码是否正确，如果认证失败，则直接响应Access denied for user ‘xxx’@‘localhost’ (using password: YES)。

认证通过后，连接器则会查询用户的权限列表，判断对该用户是否开放了远程连接权限。Mysql默认只允许本机（localhost）进行连接操作，如果没有远程连接权限直接响应Access denied for user ‘root’@‘%’ to database ‘mysql。如果有远程连接权限，那么本次连接就真正意义上建立完成了。需要注意的是，查询出来的权限列表会一直向下传递，之后对表的权限校验、对操作的权限校验都依赖于这个权限列表。

正是因为先鉴权再建立会话连接，所以即使对当前连接用户的权限进行了修改，也不会立即生效，需要等到下次重新连接时才会生效。

为了提高资源的利用率，当客户端与连接器建立连接之后，如果客户端长时间没有进行任何操作，连接器会自动将这个连接断开（默认是8小时，由wait_timeout参数控制）。

在客户端与服务端的通信中，一般分为长连接和短连接：长连接就是客户端和服务端建立连接之后会一直保持的这个连接，后续的任意操作不会重建连接，这样避免了每次操作需要重新创建连接的操作，执行速度会快很多。但是连接不释放就意味着对象不能销毁，如果连接数过多的话，可能会导致Mysql服务因内存不足而重启；短连接相反，每次请求都需要重新创建连接，相对来说执行速度会慢一些，但是每次请求完都释放连接和对象，这样消耗的内存资源要大大降低。

从客户端的角度来说，肯定更中意使用长连接，因为可以提高响应速度；从服务端的角度来说，更中意短连接，因为逻辑简单，资源消耗少。那如何中和两个方案的优缺点呢？连接池就顺势而生了，连接池是存在于客户端的，应用程序会在初始化时通过连接池申请若干个长连接，而应用程序内的所有线程共享这个连接池，因为一次请求很快就结束了，这样其它请求来的时候可以复用这个连接，而当某个连接长时间没有被使用时，就将其释放，这样便发挥了长连接和短连接各自的优点。

查询缓存

select * from geektao where id = 2;

通过连接器的认证鉴权之后，就开始进行查询操作了。

首先会看看当前SQL是否已经在查询缓存中存在，查询缓存通过key=value的方式存储SQL及其执行结果，如果存在则直接返回缓存中的执行结果，查询效率大大提高。

但是在实际的生产使用过程中并不建议使用查询缓存，因为生产中被查询的数据往往是不断变化的，这样就会造成缓存一直失效，每次查询完之后还要设置缓存，不仅没有提高查询效率，反而造成额外的开销，使用起来很鸡肋。Mysql8.0版本直接把查询缓存整个模块删掉了，如果版本小于8.0的话可以通过设置query_cache_type=DEMAND关闭查询缓存。

分析器

如果查询缓存关闭或者缓存中没有的话，那么就真真正正的开始解析SQL了。了解编译原理的同学应该知道，作为一个解析器不可缺少的三个功能：词法分析、语法分析、语义分析。

词法分析

词法分析是SQL解析的第一步，它负责将输入的SQL语句字符串分解成一系列的Token（词元）。这些Token是SQL语法的基本组成单元，例如关键字（如SELECT、FROM等）、标识符（如表名、列名）、常量值等。但是此时分析器还不知道什么意思，就像我们小时候学字一样，只知道王是王，李是李，并不理解。

语法分析

语法分析阶段，MySQL根据SQL语言的语法规则，将词法分析阶段产生的Token序列转换成一个抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）。这个过程中，会检查SQL语句是否符合MySQL的语法规则。这时候就像小时候已经开始学造句了，根据特定的语法造句，但是也没有真正理解造出来句子的含义。

语义分析

在语法分析之后，接下来就是语义分析阶段。在这个阶段，MySQL的解析器会检查抽象语法树是否有意义，即检查SQL语句在逻辑上是否正确。这包括识别表和列名、检查数据类型、确定操作符和函数的正确使用、处理别名和表达式等。如果在这个阶段发现错误，比如找不到表或列、类型不匹配等，解析器会生成错误信息，此时Mysql才真正理解了这条SQL到底想干啥了。

优化器

经过分析器之后，Mysql就知道我们想干什么了，那下一步是不是就直接去干了。Mysql可没有你想的这么简单，在去干前，Mysql会”思考“如何使用最优的查询步骤来查询。

优化器会根据抽象语法树生成执行计划，如果表中有多个索引的话会确定去哪个索引里查询，如果是多表关联查询的话会确定先去哪个表查询再去哪个表查询。总之，优化器会根据不同的情况制定出一个最优的方案，这样Mysql才知道怎么做。

执行器

对执行器来说”器如其名“，前边我们已经通过分析器知道了要做什么，通过优化器知道了怎么做，而执行器通过执行计划一步步的执行。

在执行之前，执行器首先会判断当前用户是否对表有相关的操作权限，而判断的依据就是连接器当时查询出来的权限列表。有同学可能有疑问，到执行器在进行表的权限校验是不是有些晚了，在分析器阶段不是已经知道是要操作哪张表了吗？

确实，在优化器之前会调用precheck验证权限，但是这时候只是进行简单的权限校验，查询的表存不存在、列存不存在，对查询的表有没有操作权限，这些校验都是静态校验。在真正执行时也需要动态校验，因为执行时是运行态，比如该表有个触发器，只能在执行阶段才能进行校验（有一点点像class文件加载过程中的验证阶段）。

执行器阶段的权限校验通过之后，就开始调用执行引擎的接口进行数据读取操作了。

假设不走索引的情况：