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MySql優化之體系結構及存儲引擎的示例分析

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一、MySQL 結構體系

總體上,我們可以把 MySQL 分成三層,分層再詳細一點的話可以將存儲引擎層再分為引擎層和存儲層:

連接層
最上層是一些客戶端和鏈接服務,包含本地 sock 通信和大多數基于客戶端 / 服務端工具實現的類似于 TCP/IP 的通信。主要完成一些類似于連接處理、授權認證、及相關的安全方案。在該層上引入了線程池的概念,為通過認證安全接入的客戶端提供線程。同樣在該層上可以實現基于 SSL 的安全鏈接。服務器也會為安全接入的每個客戶端驗證它所具有的操作權限。

服務層
第二層架構主要完成大多數的核心服務功能,如 SQL 接口,并完成緩存的查詢,SQL 的分析和優化,部分內置函數的執行。所有跨存儲引擎的功能也在這一層實現,如 過程、函數等。在該層,服務器會解析查詢并創建相應的內部解析樹,并對其完成相應的優化如確定表的查詢的順序,是否利用索引等,最后生成相應的執行操作。如果是 select 語句,服務器還會查詢內部的緩存,如果緩存空間足夠大,這樣在解決大量讀操作的環境中能夠很好的提升系統的性能。

引擎層
存儲引擎層,存儲引擎真正的負責了 MySQL 中數據的存儲和提取,服務器通過 API 和存儲引擎進行通信。不同的存儲引擎具有不同的功能,這樣我們可以根據自己的需要,來選取合適的存儲引擎。

存儲層
數據存儲層,主要是將數據存儲在文件系統之上,并完成與存儲引擎的交互。和其他數據庫相比,MySQL 有點與眾不同,它的架構可以在多種不同場景中應用并發揮良好作用。主要體現在存儲引擎上,插件式的存儲引擎架構,將查詢處理和其他的系統任務以及數據的存儲提取分離。這種架構可以根據業務的需求和實際需要選擇合適的存儲引擎。

二、MySQL Server 組成部分

MySQL 結構各層又由一個或數個部分構成:

連接層組成部分

Connectors:交互接口

MySQL 向外提供的交互組件,如 java,.net,php 等語言可以通過該組件來操作 SQL 語句,實現與 SQL 的交互

服務層組成部分

Connection Pool : 連接池組件
用于管理、緩沖用戶的連接,線程處理等需要緩存的需求

Management Services Utilities : 管理服務和工具組件
用于系統管理和控制工具,例如備份恢復、Mysql 復制、集群、安全管理等

SQL Interface : SQL 接口組件
用于接受用戶的 SQL 命令,如 DML,DDL 和存儲過程等,并將最終結果返回給用戶

Parser : 查詢分析器組件
SQL 命令傳遞到解析器的時候會被解析器驗證和解析,首先分析 SQL 命令語法的合法性,并嘗試將 SQL 命令分解成數據結構,若分解失敗,則提示 SQL 語句不合理

Optimizer : 優化器組件
SQL 語句在查詢之前會使用查詢優化器對查詢進行優化。
如:select id,name from user where age = 20;

這個 select 查詢先根據 where 語句進行選取,而不是先將表全部查詢出來以后再進行 age 過濾

這個 select 查詢先根據 id 和 name 進行屬性投影,而不是將屬性全部取出以后再進行過濾

將這兩個查詢條件聯接起來生成最終查詢結果

Caches Buffers : 緩沖池組件
如果查詢緩存有命中的查詢結果,查詢語句就可以直接去查詢緩存中取數據。這個緩存機制是由一系列小緩存組成的。比如表緩存,記錄緩存,key 緩存,權限緩存等

引擎層組成部分

Pluggable Storage Engines : 存儲引擎
存儲引擎就是存儲數據,建立索引,更新查詢數據等等技術的實現方式。存儲引擎是基于表的,而不是基于庫的。所以存儲引擎也可被稱為表類型。對于表的創建,數據的存儲,檢索,更新等都是由 MySQL 存儲引擎完成的,這也是 MySQL 存儲引擎在 MySQL 中扮演的重要角色。

MYSQL 提供了插件式的存儲引擎架構,所以用戶可以根據不同的需求為數據表選擇不同的存儲引擎,用戶也可以根據自己的需要編寫自己的存儲引擎,或者編寫存儲引擎。甚至一個庫中不同的表使用不同的存儲引擎,這些都是允許的。

存儲層組成部分

File System : 文件系統

用于實際存儲 MySQL 數據庫文件和一些日志文件等的系統。常見的如 Linux、Windows 等。

三、存儲引擎

常用的存儲引擎區別

在 MySQL 5.5 版本之前,默認的存儲引擎是 MyISAM,它是 MySQL 自帶的。5.5 版本之后默認的存儲引擎改成了 InnoDB,它是第三方公司為 MySQL 開發的。為什么要改呢?

最主要的原因還是 InnoDB 支持事務,支持行級別的鎖,對于業務一致性要求高的場景來說更適合。

不同存儲引擎建表語句:

CREATE TABLE `user_innodb` ( `id` int(11) PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
 `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
 `gender` tinyint(1) DEFAULT NULL,
 `phone` varchar(11) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
CREATE TABLE `user_myisam` ( `id` int(11) PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
 `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
 `gender` tinyint(1) DEFAULT NULL,
 `phone` varchar(11) DEFAULT NULL
) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
CREATE TABLE `user_memory` ( `id` int(11) PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
 `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
 `gender` tinyint(1) DEFAULT NULL,
 `phone` varchar(11) DEFAULT NULL
) ENGINE=MEMORY DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
CREATE TABLE `user_archive` ( `id` int(11) PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
 `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
 `gender` tinyint(1) DEFAULT NULL,
 `phone` varchar(11) DEFAULT NULL
) ENGINE=Archive DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
CREATE TABLE `user_csv` ( `id` int(11) NOT NULL,
 `name` varchar(255) NOT NULL,
 `gender` tinyint(1) NOT NULL,
 `phone` varchar(11) NOT NULL
) ENGINE=CSV DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

InnoDB
InnoDB 存儲引擎是如今 MySQL 的默認存儲引擎。InnoDB 存儲引擎提供了具有提交、回滾、崩潰恢復能力的事務安全。但是對比 MyISAM 的存儲引擎,InnoDB 寫的處理效率差一些,并且會占用更多的磁盤空間以保留數據和索引。

InnoDB 存儲引擎不同于其他存儲引擎的特點:

事務控制

外鍵約束

InnoDB 存儲表和索引有以下兩種方式:

使用共享表空間存儲,這種方式創建的表的表結構保存在.frm 文件中,數據和索引保存在 innodb_data_home_dir 和 innodb_data_file_path 定義的表空間中,可以是多個文件。

使用多表空間存儲,這種方式創建的表的表結構仍然存在 .frm 文件中,但是每個表的數據和索引單獨保存在 .ibd 中。

InnoDB 適合的使用環境:
InnoDB 是 MySQL 的默認存儲引擎,用于事務處理應用程序,支持外鍵。如果應用對事務的完整性有比較高的要求,在并發條件下要求數據的一致性,數據操作除了插入和查詢意外,還包含很多的更新、刪除操作,那么 InnoDB 存儲引擎是比較合適的選擇。

InnoDB 存儲引擎除了有效的降低由于刪除和更新導致的鎖定,還可以確保事務的完整提交和回滾,對于類似于計費系統或者財務系統等對數據準確性要求比較高的系統,InnoDB 是最合適的選擇。

MyISAM
MyISAM 不支持事務、也不支持外鍵,其優勢是訪問的速度快,對事務的完整性沒有要求或者以 SELECT、INSERT 為主的應用基本上都可以使用這個引擎來創建表。

有以下兩個比較重要的特點:

不支持事務

文件存儲方式

每個 MyISAM 在磁盤上存儲成 3 個文件,其文件名都和表名相同,但拓展名分別是:

.frm (存儲表定義);

.MYD(MYData , 存儲數據);

.MYI(MYIndex , 存儲索引);

MyISAM 適合的使用環境:
如果應用是以讀操作和插入操作為主,只有很少的更新和刪除操作,并且對事務的完整性、并發性要求不是很高,那么選擇這個存儲引擎是非常合適的。

MEMORY
Memory 存儲引擎將表的數據存放在內存中。每個 MEMORY 表實際對應一個磁盤文件,格式是.frm,該文件中只存儲表的結構,而其數據文件,都是存儲在內存中,這樣有利于數據的快速處理,提高整個表的效率。

MEMORY 類型的表訪問非常地快,因為他的數據是存放在內存中的,并且默認使用 HASH 索引,但是服務一旦關閉,表中的數據就會丟失。

MEMORY 適合的使用環境:
將所有數據保存在 RAM 中,在需要快速定位記錄和其他類似數據環境下,可以提供幾塊的訪問。

MEMORY 的缺陷就是對表的大小有限制,太大的表無法緩存在內存中,其次是要確保表的數據可以恢復,數據庫異常終止后表中的數據是可以恢復的。MEMORY 表通常用于更新不太頻繁的小表,用以快速得到訪問結果。

MERGE
MERGE 存儲引擎是一組 MyISAM 表的組合,這些 MyISAM 表必須結構完全相同,MERGE 表本身并沒有存儲數據,對 MERGE 類型的表可以進行查詢、更新、刪除操作,這些操作實際上是對內部的 MyISAM 表進行的。

對于 MERGE 類型表的插入操作,是通過 INSERT_METHOD 子句定義插入的表,可以有 3 個不同的值,使用 FIRST 或 LAST 值使得插入操作被相應地作用在第一或者最后一個表上,不定義這個子句或者定義為 NO,表示不能對這個 MERGE 表執行插入操作。

可以對 MERGE 表進行 DROP 操作,但是這個操作只是刪除 MERGE 表的定義,對內部的表是沒有任何影響的。

MERGE 適合的使用環境:
用于將一系列等同的 MyISAM 表以邏輯方式組合在一起,并作為一個對象引用他們。

MERGE 表的優點在于可以突破對單個 MyISAM 表的大小限制,并且通過將不同的表分布在多個磁盤上,可以有效的改善 MERGE 表的訪問效率。這對于存儲諸如數據倉儲等 VLDB 環境十分合適。

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