1、MySQL 體系結構

MySQL 體系結構由 Client Connectors 層、MySQL Server 層及存儲引擎層組成。
（1）Client Connectors 層
負責處理客戶端的連接請求，與客戶端創建連接。目前 MySQL 幾乎支持所有的連接類型，例如常見的 JDBC、Python、Go 等。
（2）MySQL Server 層
MySQL Server 層主要包括 Connection Pool、Service & utilities、SQL interface、Parser解析器、Optimizer 查詢優化器、Caches 緩存等模塊。

• Connection Pool，負責處理和存儲數據庫與客戶端創建的連接，一個線程負責管理一個連接。Connection Pool 包括了用戶認證模塊，就是用戶登錄身份的認證和鑒權及安全管理，也就是用戶執行操作權限校驗。
• Service & utilities 是管理服務&工具集，包括備份恢復、安全管理、集群管理服務和工具。
• SQL interface，負責接收客戶端發送的各種 SQL 語句，比如 DML、DDL 和存儲過程等。
• Parser 解析器會對 SQL 語句進行語法解析生成解析樹。
• Optimizer 查詢優化器會根據解析樹生成執行計劃，并選擇合適的索引，然后按照執行計劃執行 SQL 語言并與各個存儲引擎交互。
• Caches 緩存包括各個存儲引擎的緩存部分，比如：InnoDB 存儲的 Buffer Pool、MyISAM 存儲引擎的 key buffer 等，Caches 中也會緩存一些權限，也包括一些 Session 級別的緩存。

（3）存儲引擎層
存儲引擎包括 MyISAM、InnoDB，以及支持歸檔的 Archive 和內存的 Memory 等。MySQL是插件式的存儲引擎，只要正確定義與 MySQL Server 交互的接口，任何引擎都可以訪問MySQL，這也是 MySQL 流行的原因之一。

存儲引擎底部是文件的物理存儲層，包括二進制日志、數據文件、錯誤日志、慢查詢日志、全日志、redo/undo 日志等。

接下來用一條 SQL SELECT 語句的執行軌跡來說明客戶端與 MySQL 的交互過程，如下圖所示：

①通過客戶端/服務器通信協議與 MySQL 建立連接。
②查詢緩存，這是 MySQL 的一個可優化查詢的地方，如果開啟了 Query Cache 且在查詢緩存過程中查詢到完全相同的 SQL 語句，則將查詢結果直接返回給客戶端；如果沒有開啟Query Cache 或者沒有查詢到完全相同的 SQL 語句則會由解析器進行語法語義解析，并生成解析樹。
③預處理器生成新的解析樹。
④查詢優化器生成執行計劃。
⑤查詢執行引擎執行 SQL 語句，此時查詢執行引擎會根據 SQL 語句中表的存儲引擎類型，以及對應的 API 接口與底層存儲引擎緩存或者物理文件的交互情況，得到查詢結果，由MySQL Server 過濾后將查詢結果緩存并返回給客戶端。若開啟了 Query Cache，這時也會將SQL 語句和結果完整地保存到 Query Cache 中，以后若有相同的 SQL 語句執行則直接返回結果。

2、存儲引擎概述

存儲引擎是 MySQL 中具體與文件打交道的子系統，它是根據 MySQL AB 公司提供的文件訪問層抽象接口定制的一種文件訪問機制，這種機制就叫作存儲引擎。下面是一些常用的存儲引擎，有遠古時期的 MyISAM、支持事務的 InnoDB、內存類型的 Memory、歸檔類型的 Archive、列式存儲的 Infobright，以及一些新興的存儲引擎，以 RocksDB 為底層基礎的 MyRocks 和 RocksDB，和以分形樹索引組織存儲的 TokuDB，當然現在還有極數云舟出品的分布式存儲引擎 ArkDB，如下圖所示。

在 MySQL 5.6 版本之前，默認的存儲引擎都是 MyISAM，但 5.6 版本以后默認的存儲引擎就是 InnoDB 了。

InnoDB 存儲引擎的上半部分是實例層（計算層），位于內存中，下半部分是物理層，位于文件系統中，如下圖所示。

（1）實例層
實例層分為線程和內存。InnoDB 重要的線程有 Master Thread，Master Thread 是 InnoDB 的主線程，負責調度其他各線程。

Master Thread 的優先級最高, 其內部包含幾個循環：主循環（loop）、后臺循環（background loop）、刷新循環（flush loop）、暫停循環（suspend loop）。Master Thread 會根據其內部運行的相關狀態在各循環間進行切換，大部分操作在主循環（loop）中完成，其包含 1s 和 10s 兩種操作。

（2）物理層
物理層在邏輯上分為系統表空間、用戶表空間和 Redo日志。

系統表空間里有 ibdata 文件和一些 Undo，ibdata 文件里有 insert buffer 段、double write段、回滾段、索引段、數據字典段和 Undo 信息段。

用戶表空間是指以 .ibd 為后綴的文件，文件中包含 insert buffer 的 bitmap 頁、葉子頁（這里存儲真正的用戶數據）、非葉子頁。InnoDB 表是索引組織表，采用 B+ 樹組織存儲，數據都存儲在葉子節點中，分支節點（即非葉子頁）存儲索引分支查找的數據值。

Redo 日志中包括多個 Redo 文件，這些文件循環使用，當達到一定存儲閾值時會觸發checkpoint 刷臟頁操作，同時也會在 MySQL 實例異常宕機后重啟，InnoDB 表數據自動還原恢復過程中使用。

3、InnoDB 和 MyISAM

InnoDB 和 MyISAM 的功能對比如下圖所示：

在性能對比上，InnoDB 也完勝 MyISAM，如下圖所示：

4、InnoDB 存儲引擎

InnoDB 存儲引擎的核心特性包括：MVCC、鎖、鎖算法和分類、事務、表空間和數據頁、內存線程以及狀態查詢。

5、ARIES 三原則

• 先寫日志后寫磁盤，日志成功寫入后事務就不會丟失，后續由 checkpoint 機制來保證磁盤物理文件與 Redo 日志達到一致性；

• 利用 Redo 記錄變更后的數據，即 Redo 記錄事務數據變更后的值；

• 利用 Undo 記錄變更前的數據，即 Undo 記錄事務數據變更前的值，用于回滾和其他事務多版本讀。

6、總結回顧