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MySQL数据库原理及设计方法.docx
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MySQL 数据库原理及设计方法
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一、逻辑架构:
第一层:最上层的服务器不是 MySql 所独有的,大多数基于网络的客户端/服务器
工具或者服务都有类似的系统。比如链接处理,授权认证,安全等等。
第二层:大多数的 MySql 的核心服务功能都在这一层,包括查询解析、分析、优化、
缓存以及所有的内置函数(例如:日期,时间,数学和加密函数等)。所有跨存储引擎
的功能都在这一层实现:存储过程,触发器,视图。
第三层:包含了存储引擎。存储引擎负责 MySql 中的数据存储和提取。服务器通过
API 和存储引擎进行通信,这些接口屏蔽了不同存储引擎之间的差异,使得这些差异对
上层的查询过程透明。存储引擎 API 包含了几十个底层函数,用于执行诸如”开始一个
事务“或者”根据主键提取一行记录“等操作。但存储引擎不会去解析 SQL(InnoDB 是
一个例外,它会解析外键定义,因为 MySQL 服务器本身没有实现该功能)
1.连接管理和安全性
每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程,这个链接的查询只会在这个单
独的线程中执行,该线程只能轮流在某个 CPU 核心或者 CPU 中运行。服务器会负责缓
存线程,因此不需要为每一个新建的连接创建或者销毁线程。
当客户端(应用)连接到 MySQL 服务器时,服务器需要对其进行认证。认证基于
用户名,原始主机信息和密码。如果使用了安全套接字 (SSL)的方式连接,还可以使用
X.509 整数认证。一旦客户端连接成功,服务器会继续验证该客户端是否具有执行某个
特定查询的权限。
2.优化与执行
MySQL 会解析查询,并创建内部数据结构(解析树),然后对其进行各种优化,包
括重写查询,决定表的读取顺序,以及选择合适的索引等。用户可以通过特殊的关键字
提示(hint)优化器,影响他的决策过程。也可以请求优化器解释 (explain)优化过程的
各个因素,使用户可以知道服务器是如何进行优化决策的,并提供一个参考基准,便于
用户重构查询和 schema(对于 MySQL 下的 schema,可以理解成就是存储数据的地方)、
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修改相关配置,使应用尽可能高效运行。
优化器并不关心表使用的是什么存储引擎,但存储引擎对于优化查询是有影响的。
优化器会起请求存储引擎提供容量或某个具体操作的开销信息,以及表数据的统计信息
等。
对于 SELECT 语句,在解析查询之前,服务器会先检查缓存(Query cache),如果能够
在其中找到对应的查询,服务器就不必再执行查询解析、优化和执行的整个过程,而是
直接返回查询缓存中的结果集。
二.并发控制
多个线程同时修改数据,存在数据不一致的情况,也就是并发控制的问题。
并发控制分为服务器层控制和存储引擎层控制两方面。都是使用读写锁来控制。
1、 MVCC:Mul+-Version Concurrent Control 多版本并发控制
MVCC 是为了实现数据库的并发控制而设计的一种协议。从我们的直观理解上来看,
要实现数据库的并发访问控制,最简单的做法就是加锁访问,即读的时候不能写(允
许多个西线程同时读,即共享锁,S 锁),写的时候不能读(一次最多只能有一个线
程对同一份数据进行写操作,即排它锁,X 锁)。这样的加锁访问,其实并不算是真
正的并发,或者说它只能实现并发的读,因为它最终实现的是读写串行化,这样就
大大降低了数据库的读写性能。加锁访问其实就是和 MVCC 相对的 LBCC,即基于锁
的并发控制(Lock-Based Concurrent Control),是四种隔离级别中级别最高的 Serialize
隔离级别。为了提出比 LBCC 更优越的并发性能方法,MVCC 便应运而生。
2、 锁的粒度:
根据锁的粒度,分为表锁和行锁。为了更好的并发控制,锁的粒度应该尽可能小,
也就是只锁定修改的数据。但是,锁本身也有一定的开销,包括获取锁,检查锁是
否释放,释放锁,这些操作也耗费一定的资源。锁的粒度小,在并发控制的时候,
也就意味着需要更多的锁,锁的总开销也就越大。服务器层使用表锁来同步,比如
alter table,这个时候会忽略存储引擎的锁机制。存储引擎支持表锁和行锁,不同存
储引擎的实现不同。
3、 死锁:
死锁是指两个或者多个事务在同一资源上相互作用,并请求锁定对方占用的资源,
从而导致恶性循环的现象。当多个事务试图以不同的顺序锁定资源时,就可能产生
死锁。多个事务同时锁定同一个资源时,也会产生死锁
三、事务:
1、事务的定义:
一个最小的不可再分的工作单元;通常一个事务对应一个完整的业务(例如银行账户
转账业务,该业务就是一个最小的工作单元
)。一个完整的业务需要批量的
DML(insert、update、delete)语句共同联合完成。事务只和 DML 语句有关,或者说
DML 语句才有事务。这个和业务逻辑有关,业务逻辑不同,DML 语句的个数不同。
2、事务的特性:
原子性(A):事务是一个原子操作单元,其对数据的修改,要么全都执行,要么全
都不执行。
一致性(C):在事务开始和完成时,数据都必须保持一致状态。这意味着所有相关的
数据规则都必须应用于事务的修改,以保持数据的完整性;事务结束时,所有的内部数
据结构(如 B 树索引或双向链表)也都必须是正确的。
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隔离性(I):数据库系统提供一定的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的
“独立”环境执行。这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的,反之亦然。
持久性(D):事务完成之后,它对于数据的修改是永久性的,即使出现系统故障也
能够保持。
MySQL:
单个存储过程不是原子操作。要使整个存储过程成为一个原子操作的办法是:
在存储过程主体开始部分,指定开始一个事务。
事务处理主要有两种方法
(1).用 begin,rollback,commit 来实现
begin 开始一个事务
rollback 事务回滚
commit 事务确认
(2).直接用 set 来改变 mysql 的自动提交模式
mysql 默认是自动提交的,也就是你提交一个 query,就直接执行!可以
通过
set autocommit = 0 禁止自动提交
set autocommit = 1 开启自动提交
来实现事务的处理。
3、 事务隔离级别:
在 SQL 的标准中,定义了四种隔离级别。每一种级别都规定了,在一个事务中所做
的修改,哪些在事务内和事务间是可见的,哪些是不可见的。低级别的隔离可以执
行更高级别的并发,性能好,但是会出现脏读和幻读的现象,隔离级别越高,锁的
粒度越大,也就是锁的内容越多。
脏读(dirty read):两个事务,一个事务读取到了另一个事务未提交的数据,这便
是脏读。
幻读(phantom read):两个事务,事务 A 与事务 B,事务 A 在自己执行的过程中,
执行了两次相同查询,第一次查询事务 B 未提交,第二次查询事务 B 已提交,从而
造成两次查询结果不一样,这个其实被称为不可重复读;如果事务 B 是一个会影响
查询结果的 insert 操作,则好像新多出来的行像幻觉一样,因此被称为幻读。其他
事务的提交会影响在同一个事务中的重复查询结果。
SQL 中定义的四种标准隔离级别:
READ UNCOMMITTED (未提交读) :隔离级别:0. 可以读取未提交的记录。会
出现脏读。
READ COMMITTED (提交读) :隔离级别:1. 事务中只能看到已提交的修改。不
可重复读,会出现幻读。(在 InnoDB 中,会加行所,但是不会加间隙锁)该隔离级
别是大多数数据库系统的默认隔离级别,但是 MySQL 的则是 RR。
REPEATABLE READ (可重复读) :隔离级别:2. 在 InnoDB 中是这样的:RR 隔离
级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁),同时保证对读取的范围加锁,新的满足查
询条件的记录不能够插入 (间隙锁),因此不存在幻读现象。但是标准的 RR 只能保
证在同一事务中多次读取同样记录的结果是一致的,而无法解决幻读问题。InnoDB
的幻读解决是依靠 MVCC 的实现机制做到的。
SERIALIZABLE (可串行化):隔离级别:3. 该隔离级别会在读取的每一行数据
上都加上锁,退化为基于锁的并发控制,即 LBCC。
需要注意的是,MVCC 只在 RC 和 RR 两个隔离级别下工作,其他两个隔离级别
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