Mysql--架构篇--体系结构（连接层，SQL层，存储引擎层，文件存储层）

MySQL是一种广泛使用的关系型数据库管理系统（RDBMS），其体系结构设计旨在提供高效的数据存储、查询处理和事务管理。MySQL的体系结构可以分为多个层次，每个层次负责不同的功能模块。

MySQL的体系结构主要由以下几个部分组成：（自上而下）

• 连接层
• SQL层
• 存储引擎层
• 文件系统层

体系结构示例：

1、连接层

连接层是MySQL服务器与客户端之间的桥梁，负责处理客户端的连接请求、身份验证、权限检查以及连接池管理等。

客户端连接器（Client Connectors）：
提供与MySQL服务器建立连接的支持。目前几乎支持所有主流的服务器编程技术，例如常见的Java、C、Python、.NET等，它们通过各自的API技术与MySQL建立连接。

2、SQL层（或服务层）

SQL层是MySQL的核心部分，也称服务层（MySQL Server）。负责解析SQL查询、优化查询、执行查询操作并将结果返回给客户端。

SQL层的主要组件包括：
（1）、连接池（Connection Pool）：MySQL提供了内置的连接池功能（从8.0版本开始），用于管理多个客户端连接。连接池可以减少频繁创建和销毁连接的开销，提升系统的并发处理能力。

（2）、系统管理和控制工具（Management Services & Utilities）：用于备份恢复、安全管理、集群 管理等 。

（3）、SQL接口（SQL Interface）：用于接收客户端发送的各种SQL命令，并且返回用户需要查询的结果。比如DML、DDL、存储过程、视图、触发器等。

（4）、解析器（Parser）：解析器负责将SQL语句转换为内部的语法树结构。它会检查语法是否正确，并生成相应的执行计划。

（5）、查询优化器（Query Optimizer）：查询优化器是SQL层的核心组件之一，负责选择最优的查询执行计划。优化器会根据表的统计信息（如索引、表大小、数据分布等）评估不同的执行路径，并选择最高效的方案。优化器的目标是减少I/O操作、降低CPU使用率，从而提高查询性能。

（6）、执行器（Executor）：执行器根据优化器生成的执行计划，调用存储引擎层的接口来实际执行查询操作。执行器负责处理各种SQL操作，如SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE等。

（7）、缓存（Cache&Buffer）：缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，权限缓存，引擎缓存，索引缓存等。如果查询缓存有命中的查询结果，查询语句就可以直接去查询缓存中取数据，用于加速数据读取操作。注意：MySQL曾经提供了一个查询缓存功能（在8.0版本中已被移除），用于缓存查询结果。如果相同的查询再次执行，MySQL可以直接从缓存中返回结果，而不需要重新执行查询。虽然查询缓存可以提高某些场景下的性能，但在高并发写入的情况下，它的效果可能适得其反，因此在现代版本中已被移除。

3、存储引擎层（Pluggable Storage Engines）

存储引擎层是MySQL的关键组成部分，负责实际数据的存储与提取，与底层系统文件进行交互。MySQL支持多种存储引擎，每种存储引擎都有其独特的特性和适用场景。现在有很多种存储引擎，各有各的特点，最常见的是MyISAM和InnoDB。

常见的存储引擎包括：
（1）、InnoDB：默认存储引擎，支持事务、外键约束、行级锁和崩溃恢复。InnoDB是大多数生产环境的首选，特别适用于需要高并发写入和事务安全的场景。

（2）、MyISAM：早期MySQL的默认存储引擎，不支持事务和行级锁，但具有较高的读取性能。MyISAM适合只读或读多写少的场景，但由于其缺乏事务支持，现在已较少使用。

（3）、Memory：将数据存储在内存中，适用于临时表或需要快速读写的场景。由于数据存储在内存中，重启后数据会丢失，因此不适合持久化存储。

（4）、NDB Cluster：用于分布式集群的存储引擎，支持高可用性和水平扩展。NDB Cluster通过分片技术将数据分布在多个节点上，适合需要处理大规模数据集和高并发访问的场景。

（5）、Archive：专门用于归档数据的存储引擎，适合存储大量历史数据。Archive引擎压缩数据，节省存储空间，但写入性能较低，适合只写或很少读取的场景。

（6）、CSV：将数据存储为CSV文件格式，适合与外部应用程序进行数据交换。CSV引擎不支持索引和复杂的查询操作，主要用于数据导入和导出。

4、文件存储层

该层负责将数据库的数据和日志存储在文件磁盘上，并完成与存储引擎的交互，是文件的物理存储层。主要包含日志文件，数据文件，配置文件，pid文件，socket文件等。

不同存储引擎对文件系统的使用方式有所不同：
（1）、InnoDB
InnoDB使用独立的表空间文件（.ibd）来存储每个表的数据和索引。此外，InnoDB 还维护一个共享表空间文件（ibdata1），用于存储系统表、回滚段、双写缓冲区等元数据。InnoDB还有独立的重做日志文件（redo log）和撤销日志文件（undo log），用于实现事务的持久性和崩溃恢复。

（2）、MyISAM
MyISAM使用三个文件来存储每个表的数据：

• .frm文件：存储表的元数据（如表结构、字段定义等）。
• .MYD文件：存储表的数据。
• .MYI文件：存储表的索引。

其他相关文件说明：
db.opt文件：记录这个库的默认使用的字符集和校验规则。
ibdata1文件：系统表空间数据文件，存储表元数据、Undo日志等 。
ib_logfile0、ib_logfile1 文件：Redo log日志文件。
pid文件：pid文件是mysqld应用程序在Unix/Linux环境下的一个进程文件，和许多其他 Unix/Linux服务端程序一样，它存放着自己的进程id。
socket文件：socket文件也是在Unix/Linux环境下才有的，用户在Unix/Linux环境下客户端连接可以不通过TCP/IP网络而直接使用Unix Socket来连接MySQL。

乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海！！！