【MySQL】架构

1. MySQL架构根本明白

   与餐厅就餐类比明白
  

• 每次数据库查询就像一次餐厅服务
  
  
  
  • 应用程序发出查询相当于点菜
    
  • MySQL剖析和实行查询，后厨根据订单制作食物
    
  • 事务管理保证数据的一致性，类似于结账的时候保证账单精确
    
  • 查询的时候思量优化器，类似于厨师选择最快的炒菜方法
    
  
  

   对应布局明白
  

    各个层级作用简朴明白
  连接层

•  管理客户端的连接请求。负责身份验证、线程复用、连接限制、以及一些缓存管理。通过连接池，MySQL 可以高效地处理惩罚大量并发请求，淘汰频繁的连接创建和烧毁的开销
  
• 像餐厅的迎宾员，负责安排客人入座，分配资源
  

服务层

• NoSQL Interface：支持 NoSQL 的 CRUD 使用（主要是简朴的增删查改）。
  
• SQL Interface：处理惩罚 DML、DDL 语句，包括视图、存储过程和触发器。
  
• Parser：将 SQL 语句剖析成数据库可以明白的使用，检查语法和权限。
  
• Optimizer：根据查询语句的布局，选择实行查询的最佳路径。
  
• Caches & Buffers：提供全局缓存，以及针对差别存储引擎的缓存机制。
  
• NoSQL 和 SQL 接口像服务员，将客户端的请求转换为具体的使用。
  
• 剖析器（Parser）和优化器（Optimizer）决定如何高效实行请求。
  
• 缓存和缓冲区就像厨房预备的食材，淘汰重复使用，提高性能。
  

存储引擎层

• InnoDB：支持事务、行级锁和外键约束，是 MySQL 默认存储引擎。
  
• MyISAM：轻量级引擎，不支持事务，实用于读多写少的场景。
  
• MEMORY：将数据存储在内存中，速度快但数据不长期。
  

文件系统层

• 负责将数据以及日记文件存储在使用系统的文件系统上
  
• 日记文件（如 redo、undo、错误日记等）
  
• 数据库数据文件、二进制日记和配置文件
  

   缓存与缓冲区8.0以后不再使用
  MySQL8.0移除了全局查询缓存，因为其会成为高并发环境下性能瓶颈，同时InnoDB提供了更加高效的缓存机制，如今根本都推荐使用应用层缓存（Redis类似）解决高并发缓存题目，MySQL则负责专注于数据存储和查询优化
2. 连接层

2.1 网络端口和连接受理线程

   网络端口
  MySQL本质上是网络服务，IP地址和端标语可以找到特定的进程，该进程上运行的就是MySQL服务
配置网络端口（通过配置文件生效也可以自己手动配置）

1. [mysqld]
2. port=3306
3. bind-address=0.0.0.0
4. //bind-address参数设置MySQL监听的IP地址，0.0.0.0表示允许所有IP访问
5. //限制特定IP访问时则可指定具体IP

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  连接受理线程
  类似于主从Reactor模式中的主Reactor专门管理连接

• MySQL连接受理类似于主从Reactor模式，主Reactor负责接收客户端的连接请求，然后分发给专门的连接线程处理惩罚。这样可以分担连接压力，提高响应效率
  

多线程的管理

• 通过MySQL的多线程架构，主线程将连接分配给多个工作线程，提升并发处理惩罚能力。例如在InnoDB存储引擎中，后台线程池管理大量连接和事务
  

2.2 客户端连接线程管理

主从Reactor模式中，子Reactor在线程池中专门负责处理惩罚新连接使命，线程池实现了线程的复用，从而淘汰性能开销，提高其整体性能。 
在主从Reactor架构下，子Reactor线程池专门用于处理惩罚新的连接使命。线程池的复用和独立处理惩罚可淘汰主线程的性能开销，并在高并发场景下保持高效
2.3 连接量管理

最大连接数设置

• 留意不要凌驾服务器的内存和CPU的承载能力，克制系统崩溃
  

1. SET GLOBAL max_connections = 200;

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连接超时管理

• 对于不活跃的连接，设置较短的超时时间，从而确保及时释放资源
  

1. SET GLOBAL wait_timeout = 28800;
2. SET GLOBAL interactive_timeout = 28800;

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连接缓存

• thread_cache_size控制连线程的缓存数量，较大的缓存可以淘汰线程频繁的创建和烧毁
  

SSL/TLS加密管理

• 服务端，开启并配置
  

1. //服务端 生成证书配置MySQL
2. [mysqld]
3. require_secure_transport=ON
4. ssl-ca=/path/to/ca.pem
5. ssl-cert=/path/to/server-cert.pem
6. ssl-key=/path/to/server-key.pem
8. //客户端配置
9. mysql --ssl-ca=/path/to/ca.pem -h host -u user -p

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3. 服务层

3.1 服务管理与公共组件

• Backup & Recovery（备份与规复）：
  
  
  
  • 提供数据备份和规复功能，用于在发生数据丢失或破坏时规复数据，保障数据的长期性和完整性。
    
  • 通常包括逻辑备份（如mysqldump工具）和物理备份（如MySQL Enterprise Backup工具）
    
  
  
• Security（安全）：
  
  
  
  • 涉及MySQL的安全性管理，包括用户权限、身份验证、数据加密等方面
    
  • 通过用户管理、权限控制和SSL/TLS加密来保证数据库的安全访问
    
  
  
• Replication（主从复制）：
  
  
  
  • 支持主从复制（Master-Slave Replication）功能，将数据从一个主数据库同步到一个或多个从数据库，实现数据冗余和负载均衡
    
  • 实用于数据同步、读写分离和灾备等场景
    
  
  
• Cluster（集群）：
  
  
  
  • MySQL Cluster是一种高可用、分布式的数据库解决方案，支持无共享架构，适合必要高性能和高可用性的场景
    
  • 在多节点之间分布数据和负载，提供容错能力
    
  
  
• Partitioning（表分区）：
  
  
  
  • 支持表分区功能，将一张大表按某种分区规则（如范围、列表、哈希等）划分为多个分区，提升查询和管理的效率
    
  • 有助于管理大型数据集，优化查询性能
    
  
  
• Instance Manager（实例管理）：
  
  
  
  • 管理MySQL实例的启动、克制、配置等使用，支持多实例运行，便于资源隔离和管理
    
  • 通过下令行或图形化界面来控制和监控数据库实例
    
  
  
• Administrator（管理员工具）：
  
  
  
  • 提供MySQL的管理功能，包括用户管理、权限分配、配置修改、性能监控等
    
  • 可以通过MySQL Workbench等图形化工具或下令行工具实现，简化数据库管理流程
    
  
  
• Migration Toolkit（迁移工具）：
  
  
  
  • 用于将其他数据库系统（如Oracle、SQL Server）中的数据迁移到MySQL，支持数据和架构的迁移
    
  • 便于在差别数据库系统之间进行数据转换和整合
    
  
  

3.2 NoSQL接口与SQL接口

该接口的目的就是简化客户端和数据库的交互过程，从而确保SQL语句的高效实行和结果通报

• 接收客户端请求
  
  
  
  • 接收客户端发送过来的SQL语句以及下令请求，该接口可以识别差别的请求
    
  
  
• SQL转发与实行
  
  
  
  • 接收到SQL语句后，接口将其转发至MySQL的查询处理惩罚器或存储引擎等其他模块进行处理惩罚。
    
  • 根据请求范例，大概会交由差别的引擎（如InnoDB、MyISAM等）来实行
    
  
  
• 结果返回
  
  
  
  • 实行完SQL语句后，接口将处理惩罚结果（如查询结果或使用状态）返回给客户端。
    
  • 这一过程确保客户端可以或许获得SQL下令实行的反馈，完成与数据库的交互
    
  
  

3.3 Parser-语法分析器

主要作用就是将客户端发送的SQL语句进行剖析和转换

• 词法分析
  
  
  
  • 剖析器起首对SQL语句中的关键词（例如select）进行词法分析，将这些关键词与自定义字段提取出来
    
  • 词法分析将SQL语句分解成一个个根本单元，便于后续的语法分析
    
  
  
• 语法分析
  
  
  
  • 在词法分析后，剖析器会检查SQL语句的语法布局，判断其是否符合SQL标准语法
    
  • 如果语法精确，剖析器会将SQL语句转换为剖析树（Parse Tree），为实行引擎提供布局化的信息。如果语法不精确，则会返回错误
    
  
  
• 天生剖析树
  
  
  
  • 剖析树是SQL语句的布局化表示，包含语句的使用范例（如SELECT）以及使用对象（如表和字段）
    
  • 剖析树为后续的查询优化和实行提供了基础
    
  
  

3.4 Optimizer-查询优化器

查询优化器的目的就是在多种实行方案中寻找最佳方案，从而使得SQL查询的实行更加高效，其内部通过索引选择、连接优化、条件过滤和查询重写等本领实现该目的。目的就是提高其搜索性能
优化后的SQL语句在条件查询的时候大概与自己写的查询条件过滤次序差别
3.5 Buffer-缓存

缓存机制可以显著提高查询性能，但在高写入频率的场景中会导致缓存失效频繁，反而影响效率。因此MySQL从5.6版本开始默认关闭查询缓存，并在8.0版本中完全移除。在现代应用中，推荐使用外部缓存来实现对高频查询的优化
   缓存作用分析
  当服务器接收到SELECT查询时，会先检查缓存中是否已存有该查询的结果。若缓存中存在相同的查询（使用键值对情势存储，key为查询SQL语句，value为结果集），则直接返回缓存的结果，从而省去查询实行过程
缓存中没有相应记录，则进入正常的查询流程，由查询优化器和实行引擎处理惩罚
   缓存失效
  总结：频繁的数据修改大概会导致缓存失效
缓存的数据在表数据更新（如插入、更新、删除）后会失效，因为数据的一致性要求缓存的结果必须反映最新的数据状态
尤其是在写使用频繁的应用场景下，缓存的有用性受限。频繁的数据修改会导致缓存失效，从而增大缓存维护成本
   传统缓存的替代方案
   使用分布式缓存系统（如Redis、Memcached）来缓存常用查询结果，淘汰数据库的直接访问，提升系统整体性能
3.6 SQL语句实行流程分析

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