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一条查询 SQL 到底做了什么事？

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前言

日常运维和开发中，我们经常需要写查询 SQL。但是，大家知道一条查询 SQL 在MySQL 内部是如何执行的嘛？比如这条简单的 SQL：
select * from test_db.user_info_tab where user_id =123;
我们知道在 MySQL 客户端，输入一条查询 SQL，然后看到返回查询的结果。这条查询语句在 MySQL 内部到底是如何执行的呢？本文跟大家探讨一下哈，我们先来看下MySQL基本架构：

1、MySQL 基本架构

图片

总体来说，MySQL大体分为两部分，分别是 Server 层和存储引擎层。

Server 层

它包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等。比如存储过程，触发器，视图都是在这一层实现的。
  • 连接器（Connection Manager）：负责处理客户端与服务器之间的连接。它接受来自客户端的请求，并进行身份验证和权限检查，建立和管理连接。
  • 查询缓存（Query Cache）：在旧版 MySQL 中有，但在较新的版本中已不推荐使用。它能够缓存查询和对应的结果，以提高查询性能。然而，在高并发和大型数据库中，它反而可能成为性能瓶颈，因为它在某些情况下会引起锁和不必要的开销。
  • 分析器（Parser）：负责分析 SQL 查询语句，验证其语法和语义，确保查询的正确性。它将 SQL 语句转换成内部数据结构供优化器和执行器使用。
  • 优化器（Optimizer）：接收来自分析器的查询请求，并决定如何最有效地执行查询。优化器的目标是找到最佳的执行路径，选择合适的索引、连接顺序和访问方法，以提高查询性能。
  • 执行器（Executor）：负责执行优化器生成的执行计划，获取存储引擎返回的数据，并处理客户端请求。它与存储引擎交互，执行查询并返回结果给用户。

存储引擎层

它负责数据的存储和提取。MySQL 支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。我们日常运维和开发中，一般用的存储引擎就是 InnoDB。从 MySQL 5.5 版本开始，InnoDB 就成为了默认的存储引擎。
介绍完 MySQL 基本架构，带大家看一下，每个组件，一条查询SQL主要做什么事：

2、连接器

我们要执行查询SQL，一般在MySQL客户端, 需要输入连接命令，连接到MySQL服务端。在MySQL服务端，就是连接器负责跟你的客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。

连接命令如下：

mysql -h(ip地址) -P(端口) -u(用户名) -p
输入完连接命令之后，我们接着输入正确的密码，经过经典的TCP握手之后，就可以成功连接到 MySQL 服务器啦，如下：
mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u root -pEnter password: ******Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or g.Your MySQL connection id is 50Server version: 8.0.31 MySQL Community Server - GPL
Copyright (c) 2000, 2022, Oracle and/or its affiliates.
Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or itsaffiliates. Other names may be trademarks of their respectiveowners.
Type 'help;' or 'h' for help. Type 'c' to clear the current input statement.
mysql>

如果输入密码错误，则会收到一个 Access denied 的错误信息，如下：

mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u root -pEnter password: *****ERROR 1045 (28000): Access denied for user 'root'@'localhost' (using password: YES)

连接成功之后，大家就可以直接输入查询SQL，就可以看到结果啦。

mysql> select * from test_db.user_info_tab where user_id =123;+---------+----------------+------+------+--------+---------+--------------------------+| id      | user_name      | age  | city | status | user_id | password                 |+---------+----------------+------+------+--------+---------+--------------------------+| 1570091 | XXXXXXXXX |   28 | 深圳 | 活跃   |     123 | 523da7ne+yndc5nb1zWWlA== |+---------+----------------+------+------+--------+---------+--------------------------+1 row in set (0.01 sec)
大家注意一下哈，如果连接成功后，没有后续的输入查询 SQL 等其他操作。这时候，这个连接是空闲的哈，可以用 show processlist 查看。

3、查询缓存

在老版本的 MySQL 中，连接成功后，我们执行查询 SQL，会先执行查询缓存。

也就是说 MySQL 接受到一个查询SQL请求时，会先去查询缓存看看，如果缓存有这条 SQL 的查询结果，会直接返回。如果查询缓存没有，就继续往下执行，执行完之后，把结果写入缓存。其中，这个查询缓存是 key-value 的结果，你可以把它理解为一个 map 吧，其中 key 就是这个查询 SQL，value 则是这个查询的结果。
同时，如果你查询的表进行更新的时候，会清空缓存的。一个表更新比较频繁的话，使用查询缓存命中率会很低，你刚查完放到缓存，更新SQL又清空了，就很不划算。有些时候，一些静态配置表，很少更新的，才建议使用查询缓存。其他更新频繁的表，则不建议使用查询缓存，你可以通过这个参数 query_cache_type 设值是否走查询缓存。
其实，MySQL 比较新的版本，如 8.0 已经废弃了查询缓存，并且相应的参数 query_cache_type 也不再存在。因为在高并发和大型数据库环境下，查询缓存可能导致性能问题，并且在实际测试中发现，禁用查询缓存可能会提高整体性能和可伸缩性。

4、分析器

如果查询SQL没有命中查询缓存的话，继续往下执行，就到分析器上场了。它负责分析 SQL 查询语句，验证其语法和语义，确保查询的正确性。
你扔个 SQL 给 MySQL 服务器，它肯定需要先解析，才知道这个 SQL 是做什么的，对吧。它会派出分析器，先做词法分析。你提交过来的查询SQL是由很多个字符创和空格组成的，MySQL 会先解析出这些字符串表示什么意思。
select * from test_db.user_info_tab where user_id =123;

它先把关键字 select 解析出来，然后把 user_info_tab 解析成表，user_id 解析成列名。做完词法分析之后，开始做语法分析。语法分析主要就是判断，你的 SQL 是否满足 MySQL 的语法。

如果你的 SQL 写错了，语法分析就会报错误提示：ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax;
mysql> select * rom test_db.user_info_tab where user_id =123;ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'rom test_db.user_info_tab where user_id =123' at line 1
平时大家看到这个错误的时候，只需要，关注关键词 syntax to use near 就可以快速知道哪里写错啦。比如这个例子，就是我的from写错了，少了f。

5、优化器

经过分析器之后，MySQL已经知道需要做什么了。但是在经过执行器之前，还会先经过优化器。优化器做的事情就是，怎么去做才是最好的。对于一条查询SQL来说就是：怎么去查是最佳效率的。

比如这个查询SQL:

select * from test_db.user_info_tab where user_id =123 and user_name='XX';
其中，在 user_info_tab 表中，user_id 为索引字段，user_name 也是索引字段。
这条SQL执行的时候，可能使用索引 user_id，也可能使用使用 user_name。选择不同的索引，执行效率是不一样的。具体怎么选择，就是优化器所做的事情。
大家是否还记得 explain。我们使用它加在我们查询的SQL，就可以帮助了解优化器在执行查询时,选择的执行计划和相应的优化策略。

经过优化器之后，就来到了执行器阶段。也就是真正执行查询SQL了。

6、执行器

select * from test_db.user_info_tab where user_id =123 ;
在要开始执行时候，会判断一下，该用户是否对这个SQL有查询的权限，如果没有，则会报权限错误。如果有权限的时候，打开表直接执行。执行的过程，其实类似于执行调用引擎提供的接口。
我们现在假设 user_id 不是索引字段，我们使用的是InnoDb存储引擎，这个查询SQL执行过程就是这样：
  1. 调用 InnoDb 存储引擎提供的接口，获取 user_info_tab 表的第一行。
  2. 判断 user_id 是不是为123，如果不是，跳过这一行。如果是，把这一行放到结果集。
  3. 调用 InnoDb 存储引擎提供的接口，获取 user_info_tab 表的下一行。
  4. 判断 user_id 是不是为123，如果不是，跳过这一行。如果是，把这一行放到结果集。
  5. 重复3、4步骤，一直扫描完 user_info_tab 表的所有行。最后把结果集返回客户端。
聊到这里，其实一条查询SQL的执行过程，已经讲完啦，是不是很简单呀~~

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