MySQL-45讲学习笔记（1-3）

0. 开篇词

0.1 学习专题目的

1. 在工作中对于MySQL，最重要的两点就是：如何设计表，还有如何对表查询进行优化！
2. 能够写出逻辑正确的SQL语句，同时也能够知道语句是不是最优的
3. 数据库使用出现了问题，能够快速定位问题，最终解决问题。
   高性能MySQL

0.2 MySQL心路历程（丁奇）

为什么要了解数据库原理

1. 了解原理能让你更巧妙地解决问题
2. 了解原理能帮你更好地定位问题
3. 看得懂源码让你有更多的方法

0.2.2 MySQL学习路径

1. 那首先要会用，然后可以发现问题。
2. 下一步就是实践
3. 推荐学习书籍：《高性能MySQL》，极力推荐书籍（比较厚，后面再看吧）

0.2.3 有哪些比较好的习惯和提高SQL效率的方法？

1. 多写SQL，培养自己对SQL语句执行效率的感觉
2. 在写的过程中，多进行分析，这个语句时间复杂度是多少，是全表扫描还是需要进行回表。

0.2.4 怎么学习C、C++？

先输入，然后按照自己的理解进行输出，知识的转化。

0.2.5 学数据库要保持什么心态？

很多知识是比较枯燥的，你需要坚持，然后在其中找到乐趣。多给自己一些反馈，相信时间的力量。

1. 讲基础架构：一条SQL查询语句是如何执行的

1.1 MySQL的框架有几个组件, 各是什么作用?

1. 首先框架分为两块有，一个是Server层，另一个是Dao层，两个结合起来工作。其中Server层负责功能的逻辑实现，Dao层负责具体的数据查询。
2. Dao层：该层主要是拥有存储引擎，进行数据的存储，提供读写的接口。
3. Server层：连接器；查询缓存；分析器；优化器；执行器；
4. 部件的作用：

1.2 Server层和存储引擎层各是什么作用?

1. Server层:主要是对SQL查询语句的翻译，翻译成机器能够听懂的语言。MySQL功能层面的事情！
2. 存储引擎层：通过翻译的语言，对数据库进行数据查询。负责存储数据的功能！

1.3 you have an error in your SQL syntax 这个保存是在词法分析里还是在语法分析里报错?

连接器，分析器，优化器和执行器，故语法报错在分析器的时候就卡壳了，因为是语法错误。

1.4 对于表的操作权限验证在哪里进行?

在执行器阶段进行，因为有些触发型的sql语句，在最后才知道执行的内容是什么，所以在最后一道保险处进行执行。

2.5 执行器的执行查询语句的流程是什么样的?

1. SQL语句输入：首先书写一条SQL语句
2. 客户端：SQL语句从客户端到服务端中的后端
3. 连接器：执行语句前，先连接数据库。管理连接和一些权限验证
4. 缓存查询：首选对SQL所要查询的内容在缓存中进行查询，如果存在，直接返回
5. 分析器，优化器和执行器：分析器对SQL语句的语法和词法进行分析，单词拼错或者语句不规范直接返回错误；优化器对SQL语句找到最适合的索引；执行器调动存储引擎，对数据库中的数据进行查询。

1.6 附属疑问：

1. 如果表T中没有字段k，而你执行了这个语句 select * from T where k=1, 那肯定是会报“不存在这个列”的错误： “Unknown column ‘k’ in ‘where clause’”。你觉得这个错误是在我们上面提到的哪个阶段报出来的呢？
   答案：在分析器阶段，分析语句的时候，也会分析所在的列是否存在。表的结构不属于数据，是可以被提前给解析出来的。
2. 有个问题不太明白，为什么对权限的检查不在优化器之前做？
   答案：有些时候，SQL语句要操作的表不只是SQL字面上那些。比如如果有个触发器，得在执行器阶段（过程中）才能确定。优化器阶段前是无能为力的。
3. 不建议使用查询缓存
   因为使用查询缓存只是在当数据库中的数据固定不变时，因为一旦更改数据库中的文件，那么就会删除全部的缓存内容！

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2. 讲日志系统：一条SQL更新语句是如何执行的

查询和更新的逻辑相似！

2.1 更新语句流程

1. 执行语句前：客户端与连接器相连，并进行权限验证
2. 查询缓存/分析器：如果是查询缓存成功，直接返回结果；如果是分析器，则会分析这个SQL语句的语法和语义错误，发生错误进行返回。
3. 优化器：根据语句存在的索引，找到最优索引值
4. 执行器：根据找到的索引值，与数据库连接，找到对应的数据。（与查询的差异，存在两个日志的书写，方便）

2.2 两个日志：redo log（重做日志）和bin log(归档日志)

2.2.1 redo log（重做日志），server层日志

问题解决：在更新mysql数据库的时候存在一个为题：如果每次修噶一下数据，就对数据库进行更新，会导致更新太频繁，浪费资源，解决方法有：先把一批需要更新的内容记录下来，积攒了一部分之后再进行统一更新，多了一个缓存的作用，积攒一部分再一起做！

类比我开了一家酒店，每天喝酒的人需要记录账单，我有两种记录方式：1）对每个人的消费记录进行记录，需要频繁打开账本；2）在大堂前放一个黑板，消费一笔记一笔，黑板写满了，更新到账本中去，（这里账本就是MySQL数据库，黑板就是redo log日志，日志容量是有限的。容量是循环使用的，使用后面的，在保存前面的基础上进行删除）

redo log作用：当数据库发生异常重启的时候，能够保证之前对数据库的操作内容，全部得到保存，也叫做crash-safe能力。

2.2.2 bin log（归档日志），引擎层日志

问题一：为什么需要两个日志：因为之前非InnoDB引擎只有bin log日志，用于数据库重启异常，需要有一个日志进行操作记录，之后InnoDB引擎出来了，又多了个redo log日志，用于实现crash-safe功能。只有binlog不具备crash-safe能力，

问题二：为什么redo log具有crash-safe能力，而binlog不具备‘’
因为redo记录的内容为“循环写”物理日志，会详细到修改了那一页的信息，而binlog日志比较大条，只是“追加写”的逻辑日志，只能记录添加，删除，修改了哪一个内容，不能够细致到哪一步。
为什么redo log具有crash-safe能力，而binlog不具备

2.2.3 **redo log（重做日志）**与bin log(归档日志) 区别

1. 使用范围：redo log日志是InnoDB引擎独有的，binlog是MySQL的server层实现的，是所有引擎都可以使用的。
2. 存储内容：redo log是物理日志，记录：在哪个数据页修改了什么内容，做了什么修改；binlog是逻辑日志，记录行的内容/sql语句两种情况。故redolog具有crash-safe功能，而binlog不具备
3. 存储容量：redo log是循环写的，空间固定总会用完，binlog是可以追加书写的！

2.3 执行器和InnoDB引擎在执行简单update语句时的内部流程

如上图所示：其中浅色为InnoDB引擎的作用，深色为执行器的作用。

2.4 两阶段提交：保证数据两个日志一致性

过程：先提交redolog日志（暂时不上传），再提交binlog日志，两个日志齐备后自动触发commit，上传redolog日志。（相当于在这里多了一个事务的操作，两个日志同时成功或者同时失败）

错误情况：先写redolog和先写binlog日志都会发生数据不一致的错误。

2.5 问题回答

疑问一：前面我说到定期全量备份的周期“取决于系统重要性，有的是一天一备，有的是一周一备”。那么在什么场景下，一天一备会比一周一备更有优势呢？或者说，它影响了这个数据库系统的哪个指标？

回答一：主要看对数据丢失的重要性程度；内容的更新频率，是否是增删改操作多还是查询操作多！

疑问二：如果使用的是InnoDB搜索引擎，是不是可以不要binlog了？

回答二不可以，因为redolog日志是循环写， 修改一部分就会写进磁盘里，不能够恢复任意一个时段的数据情况，只有不存在容量大小限制的binlog日志能够。redolog日志填补了一个crash-safe功能。

大神对本章的见解：

1. redo是物理的，binlog是逻辑的；现在由于redo是属于InnoDB引擎，所以必须要有binlog，因为你可以使用别的引擎
2. 保证数据库的一致性，必须要保证2份日志一致，使用的2阶段式提交；其实感觉像事务，不是成功就是失败，不能让中间环节出现，也就是一个成功，一个失败
3. 如果有一天mysql只有InnoDB引擎了，有redo来实现复制，那么感觉oracle的DG就诞生了，物理的速度也将远超逻辑的，毕竟只记录了改动向量
4. binlog几大模式，一般采用row，因为遇到时间，从库可能会出现不一致的情况，但是row更新前后都有，会导致日志变大
5. 最后2个参数，保证事务成功，日志必须落盘，这样，数据库crash后，就不会丢失某个事务的数据了
6. 备份时间周期的长短，感觉有2个方便
   1)恢复数据丢失的时间，既然需要恢复，肯定是数据丢失了。如果一天一备份的话，只要找到这天的全备，加入这天某段时间的binlog来恢复，如果一周一备份，假设是周一，而你要恢复的数据是周日某个时间点，那就，需要全备+周一到周日某个时间点的全部binlog用来恢复，时间相比前者需要增加很多；看业务能忍受的程度
   2)数据库丢失，如果一周一备份的话，需要确保整个一周的binlog都完好无损，否则将无法恢复；而一天一备，只要保证这天的binlog都完好无损；当然这个可以通过校验，或者冗余等技术来实现,相比之下，上面那点更重要

3. 讲事务隔离：为什么你改了我还看不见

事务是在引擎层实现功能的，且InnoDB引擎才具有，MyISAM不具备。
MySQL是一个支持多引擎的系统，但并不是所有的引擎都支持事务（MyISAM不支持）

3.1 隔离性与隔离级别

3.1.1 事务的四大特征：原子性，一致性，持久性，隔离性。

1） 原子性：事务内的操作，要么全部成功，要么全部失败
2）一致性：我们不追求整个操作过程中每一时刻的一致性（强一致性），转而追求最终结果的一致性（最终一致性）。
3）持久性：修改后的数据最终会保存到磁盘中，永久改变。
4）隔离性：事务之间是相互隔离的，互不影响，影响程度通过隔离级别控制。

3.1.2 事务的隔离级别：读取未提交，读取已提交，可重复度，可串行化

读取未提交：事务之间可以读取未提交的信息，会出现脏读（即一些临时的数据，不需要去读）
读取已提交：只能读取事务提交了的数据，但是会出现幻读（对同一个数据进行两次读，如果在中间过程中，其他事务对数据修改了，会造成数据的不一致，像幻觉一样）
可重复读：一个事务，如果对相同数据进行读操作，数据会保持一直，及时在事务中间，其他事务已经改变了数据，
可串行化：一个事务执行过程中会进行上锁（写会加写锁，读会加读锁），当事务提交后才会解锁，下一个事务再重头执行。

3.1.2 事务四大隔离级别的功能实例

1. 建表，表中只有一列数据

mysql> create table T(c int) engine=InnoDB;
insert into T(c) values(1);

2. 两个事务同时执行操作
   项目 | Value
   -------- | -----
   电脑 | $1600
   手机 | $12
   导管 | $1

事务一	事务二
启动事务查询得到值1	启动事务
	查询得到值1
	将1改成2
查询得到值V1
	提交事务
查询得到值V2
提交事务
查询得到值V3

3. 不同事务隔离方式的结果

隔离方式	V1	V3	V3
读取未提交	2	2	2
读取已提交	1	2	2
可重复度	1	1	2
可串行化	2	2	2

数据库为MySQL时，默认的隔离级别为可重复度
数据库为Oracle时，默认的隔离级别为读取已提交
总结：没有最好的隔离级别，只有最合适的隔离级别，具体问题具体分析。

3.2 事务隔离的实现

3.2.1 视图实现隔离

事务的隔离是通过视图实现的：每个视图对应一张独立的表格，可以进行数据的增删改查。
读取未提交：没有视图的概念
读取已提交：在每个SQL执行开始的时候创建
可重复读：在事务开启的时候创建（贯穿整个事务过程，用一个视图显示）

3.2.2 可重复读是如何解决幻读问题的？

通过MVCC（多版本并发控制）：每一个数据后面有两个隐藏列（版本号和过期号，同一个版本下的数据会形成条链子，不同版本下的多事务能够并发执行）多一条数据在系统中存在多个版本，即多版本并发控制。
轻松理解：多版本并发控制MVCC

3.2.3 三个日志存储历史数据

1. Bin Log：服务层的日志，常用来进行数据恢复，数据库的复制，还是逻辑层的数据存储，不会保留过程。
2. Redo Log：记录数据在物理层的操作，即更改了那个数据，更改了几次，怎么更改的，保留数据修改的全过程。
3. Undo Log：用于数据的撤回操作，即回滚操作：插入对应删除；修改对应修改为原来的数据。

3.3 事务的启动方式

1. 显式启动事务：事务开启（begin或者start transaction），事务提交（commit）；事务回滚（rollback）
2. set autocommit=0，该命令会把这个线程的自动提交关掉。这样只要执行一个select语句，事务就启动，并不会自动提交，直到主动执行commit或rollback或断开连接。
3. 你可以在information_schema库的innodb_trx这个表中查询长事务，比如下面这个语句，用于查找持续时间超过60s的事务。

select * from information_schema.innodb_trx where 
TIME_TO_SEC(timediff(now(),trx_started))>60

3.4 疑惑解答

1. 回滚日志（redo log）什么时候会被删除？
   当前系统判断没有事务需要使用该回滚日志的时候，会进行自动的删除。
2. 为什么建议你尽量不要使用长事务
   因为如果使用长事务，redo log（回滚信息）中会存储大量的修改信息，不能够得到删除，导致占用内存，减低执行的效率。
3. 如何减小长事务：打开线程自动提交，set autocommit=1，即使用第一种线程启动方式（存在每次事务执行需要begin一次，可使用语句commit work and chain语法，提交上一个事务，并且自动开启下一个事务）。

3.5 思考题

1. 疑问：如果你是业务开发负责人同时也是数据库负责人，你会有什么方案来避免出现或者处理长事务这种情况呢？
2. 解答：使用第一种显式的事务启动方法；缩小事务的范围；如果无法避免，那么久要保证逻辑回滚日志空间足够，并且实时监测Innodb_trx表，发现长事务进行报警。

参考文献

1. 极客时间：MySQL实战45讲