【MySQL】从执行流程以及日志层面介绍一条修改语句都做了什么

一条SQL语句的执行流程?

我们可以将MySQL分为Server层和存储引擎层。存储引擎以插件的形式提供存储数据服务。
从架构上,MySQL分为连接器,词法/语法分析器,优化器,执行器,存储引擎,查询缓存。
我们的客户端首先需要链接MySQL,也就是我们需要先连接到MySQL上。
我们可以使用mysql -h(ip) -P(port) -u(user) -p(password)的方式来连接某一台MySQL服务器。
此时接待我们的是连接器,它负责与客户端建立链接、获取当前用户权限、维持和管理链接。
如果我们的用户密码正确,那么连接器会从权限表中查询出来我们当前用户的权限,之后这个链接里用到的所有判断权限都依赖于此时读取到的权限。也就是即使此时修改了当前用户的权限,也只有在链接断开之后才会对当前链接生效。
链接建立完毕就可以执行查询select语句了,此时会走查询缓存。
这是一个K-V结构的缓存,如果我们的查询语句完全命中了键,那么会直接返回数据,当然在这之前也是需要判断权限的。但是一但对一个表有更新,查询缓存内的所有内容就会直接失效,因此有时它的性能反倒不好,在MySQL8之后已经被移除了。
如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句了。首先,MySQL 需要知道你要做什么,因此需要对 SQL 语句做解析。分析器先会做“词法分析”。你输入的一条 SQL 语句,MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么。
MySQL 从你输入的"select"这个关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名 T”,把字符串“ID”识别成“列 ID”。做完了这些识别以后,就要做“语法分析”。根据词法分析的结果,语法分析器会根据语法规则,判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。如果你的语句不对,就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒。
经过了分析器,MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前,还要先经过优化器的处理。优化器是在表里面有多个索引的时候,决定使用哪个索引;或者在一个语句有多表关联(join)的时候,决定各个表的连接顺序。
之后就到了执行器,开始执行之前,先判断是否对当前表有操作权限,如果没有则返回权限错误问题。
如果有则打开表并决定使用哪一个存储引擎的接口。之后就是执行我们的SQL语句了,比如我们要查询ID=1的数据,那么如果没有索引,扫描当前数据符合则加入结果集,否则继续向下,直到表最后一行。
而如果有索引,则找到ID=1的数据之后直接返回。

一条修改操作都发生了什么?

一条修改操作,不仅仅除了要走我们上面那一套执行流程,还有其他的流程。
修改操作是需要记录日志的,Redo Log,Undo Log,以及Bin Log。
还会涉及到两个缓存,Change Buffer和Buffer Pool。
当遇到一条修改操作,首先会判断数据是否存在于Buffer Pool中,也就是MySQL再内存中划分的存储数据的缓存。如果数据存在于内存中,那么我们直接对内存中的数据进行修改即可,并且对于非临时表的修改操作,我们会记录undo log日志,来保证一个回滚链。然后记录redo log,先将redo log标记为prepare状态,然后存储引擎返回并让Server层记录bin log日志,记录完毕bin log日志之后,再次调用存储引擎并将prepare状态修改为commit状态。也就是所谓的两阶段提交。此时修改操作完成。
而如果数据不存在于Buffer Pool中,那么会直接将我们的修改操作记录到Change Buffer中,等待下次我们查询出来这条被修改的记录的时候,我们在进行merge合并操作,将Change Buffer中的操作操作于当前数据。同时也依旧需要记录日志。

如何理解Redo Log?

Redo Log是一种顺序写的结构,我们将对数据进行修改的操作先写入到Redo Log中而不是直接从磁盘中取出数据然后做修改,这样子可以提高速度,因为相比于随机的磁盘IO,有序的,内存中的Redo Log显然性能更高,因此如果我们能将数据先写到Redo Log中,然后再合适的时候对磁盘数据使用Redo Log进行整合,是可以大大提高速度的。
并且Redo Log也为MySQL的InnoDB提供了crash-safe的功能,也就是奔溃恢复。
Redo Log是MySQL的事务日志,它记录了数据库中正在进行的事务操作的物理修改。当MySQL重新启动后,它可以使用Redo Log来重做(replay)最后一次数据库关闭之前的所有事务操作,以将数据库恢复到崩溃前的状态。
当MySQL奔溃的时候,我们并不需要担心没有写入到磁盘中的数据丢失,我们可以从Redo Log中读取数据来恢复原本最新的数据。
以下是MySQL使用Redo Log进行数据恢复的大致步骤:

  1. MySQL启动时会检查Redo Log文件,并确定最后一个已提交的事务。
  2. MySQL根据Redo Log文件的信息,将尚未写入磁盘的事务日志重做。这意味着MySQL会将所有已提交但尚未持久化到磁盘的数据重新应用到数据库中,以确保数据的一致性。
  3. 一旦所有Redo Log中的修改都被应用到数据库中,MySQL就能够打开数据库并恢复到崩溃前的状态。
    需要注意的是,Redo Log只能保证数据在崩溃前的一致状态,并不能恢复已经提交的事务。如果在崩溃之前有未提交的事务,这些事务的修改将会丢失。
    此外,MySQL还使用Undo Log来处理回滚操作,以确保在事务被回滚时可以撤消已对数据库进行的修改。通过使用Redo Log和Undo Log两个日志文件,MySQL能够保证数据的持久性和一致性。

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