MySQL的故事——MySQL架构与历史

MySQL架构与历史

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一、MySQL逻辑架构

第一层：连接处理、授权认证、安全等等
第二层：查询解析、分析、优化、缓存以及所有的内置函数。包含跨存储引擎的功能：存储过程、触发器、视图等
第三层：存储引擎。负责MySQL中数据的存储和提取

二、并发控制

无论何时，只要有多个查询需要在同一时刻修改数据，都会产生并发控制的问题。
讨论mysql两个层面的并发控制：存储引擎层与服务器层

读写锁
在处理并发写或并发读写时，可以使用两种类型的锁组成的锁系统来解决问题。这两种锁就是共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。读锁是共享的，互相不阻塞；写锁是排他的，只有一个线程能进行写操作，其它读锁和写锁都是阻塞的。
并且，写锁拥有更高的优先级。在一个锁队列中，写锁可以插到读锁的前面。

锁粒度
一种理想的锁方式是，尽量只锁定需要修改的资源，而不是所有资源。锁定的数据量越小，并发程度越高。
但是也是需要时空开销的，判断是否有锁、加锁、释放锁的操作都需要额外的开销，如果锁粒度太小，虽然并发程度高，但系统花大量资源去管理锁，而不是存取数据，也是得不偿失。

锁策略
就是在锁的开销和数据安全性之间寻求平衡。大多数数据库都是行级锁，而mysql提供了更多锁的可能性。每种存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度。将锁粒度固定在某一级别，可以为特定的应用场景提供更好的性能，但同时也会失去对一些应用场景的支持。但好在mysql支持多个存储引擎。

表锁
表锁是mysql中最基本、开销最小的锁策略。尽管存储引擎可以设计管理自己的锁，但mysql服务器还是利用表锁来实现不同的目的。例如：会为alter table 之类的语句使用表锁，而忽略存储引擎的锁机制

行级锁
行级锁是mysql中并发量最大、开销最大的锁策略。行级锁只在存储引擎层实现，服务器没有实现。并且服务器层完全不了解存储引擎层的锁实现。

三、事务

事务是一组原子性的操作，是一个独立执行单元。事务内的语句，要么全部执行成功，要么全部执行失败。

事务的四个标准特征(ACID)：
原子性(atomicity)：一个事务必须被视为不可分割的最小工作单元，整个事务的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。
一致性(consistnecy)：数据库总是保持一致性的状态
隔离性(isolation)：通常来说，一个事务在没有最终提交以前，对其它事务是不可见的
持久性(durability)：一旦事务提交，则其所做的修改就会永久保存到数据库中。

隔离级别
未提交读(READ UNCOMMITTED):事务中的修改，即使没有提交，对其它事务也都是可见的。脏读问题（事务1改，事务2读，事务1回滚）。
提交读(READ COMMITTED):大多数数据库的默认隔离级别是提交读(MySQL不是)。事务从开始直到提交之前，所做的修改对其它事务都是不可见的。也叫不可重复读。不可重复读问题（事务1读，事务2改，事务1读）
可重复读(REPEATABLE READ):保证在同一个事务中多次读取同样记录的结果是一致的。可重复读是MySQL的默认事务隔离级别。幻读问题（事务1范围操作，事务2插入数据，事务1读，产生幻行）
可串行化(SERIALIZABLE):非常需要数据的一致性和接受没有并发的情况下，才考虑该级别。

死锁
当两个或多个事务占用着自己的资源，而都在等待对方占用的资源时，会形成死锁。
解决死锁问题的方法：
一种是在事务开始前检测死锁的循环依赖，若有可能导致死锁，则报错。
一种是发生死锁时，设置最长等待时间，大于这个时间则放弃资源（不推荐，性能变差）
一种是发生死锁时，将拥有最少行级写锁的事务回滚。

四、多版本并发控制(MVCC)

以InnoDB的MVCC为例，InnoDB以每行记录后面保存两个隐藏的列来实现MVCC。这两个列，一列保存这一行的创建时间，一列保存这一行的过期时间。但存储的并不是真正的时间，而是系统版本号。每开始一个事务，系统版本号就会自增。事务通过自身的系统版本号与这两个隐藏的列对比，来操作数据。

在可重复读的隔离级别下，InnoDB的MVCC的具体操作如下：
select InnoDB查找创建系统版本号小于等于事务系统版本号的行，即在事务开始前就存在的行，或者由事务自身插入或修改的行。同时该行的过期系统版本号要么未定义，要么大于事务系统版本号。
insert 新插入的每一行创建时间都是当前事务的系统版本号。
delete 删除的每一行的过期时间都是当前事务的系统版本号。
update 插入一条新数据，创建时间是当前事务的系统版本号，将原来行的过期时间设置为 当前事务的系统版本号。

MVCC只在提交读和可重复读两个隔离级别下工作，因为未提交读总是能读取到最新的行，而不是符合当前事务版本的行，而串行化会对所有行加锁。

MyISAM和InnoDB的区别
事务：MyISAM不支持事务，InnoDB支持事务。
锁粒度：MyISAM只支持表锁，InnoDB支持行锁。
存储：MyISAM存三个文件(.frm .MYD .MYI)，支持动态 ，静态和压缩三种压缩格式。InnoDB存一个文件(.frm)。
外键：MyISAM不支持外键，InnoDB支持外键。
索引：MyISAM是索引+行指针，InnoDB是聚簇+非聚簇（这个点决定了其主键的必要性）。
安全：MyISAM不支持崩溃安全恢复，InnoDB支持（redo_log）。
行数统计：MyISAM中维护一个计数器记录总行数，select(*)时很快，而InnoDB需要全表扫描，所以很慢。

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