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MySQL面试题--MySQL内部技术架构

MySQL面试题--MySQL内部技术架构

目录

1.Mysql内部支持缓存查询吗?

2.MySQL8为何废弃掉查询缓存?

3.替代方案是什么?

4.Mysql内部有哪些核心模块组成,作用是什么?

5.一条sql发送给mysql后,内部是如何执行的?(说一下 MySQL 执行一条查询语句的内部执行过程?)

6.MySQL 提示“不存在此列”是执行到哪个节点报出的?

7.如果一张表创建了多个索引,在哪个阶段或模块进行的索引选择?

8.MySQL 支持哪些存储引擎?默认使用哪个?

9.Mysql8.0自带哪些存储引擎?分别是做什么的?

10.MySQL 存储引擎架构了解吗?

11.能否单独为一张表设置存储引擎?

12.阿里、京东等大厂都有自研的存储引擎,如何开发一套自己的?

13.MyISAM 和 InnoDB 的区别是什么?

14.具体说一下如何做技术选型

1.Mysql内部支持缓存查询吗?

当MySQL接收到客户端的查询SQL之后,仅仅只需要对其进行相应的权限验证之后,就会通过Query Cache来查找结果,甚至都不需要经过Optimizer模块进行执行计划的分析优化,更不需要发生任何存储引擎的交互

mysql5.7支持内部缓存,8.0之后就废弃掉了

2.MySQL8为何废弃掉查询缓存?

缓存的意义在于快速查询提升系统性能,可以灵活控制缓存的一致性

mysql缓存的限制

  1. mysql基本没有手段灵活的管理缓存失效和生效,尤其对于频繁更新的表

  2. SQL必须完全一致才会导致cache命中

  3. 为了节省内存空间,太大的result set不会被cache (< query_cache_limit);

  4. MySQL缓存在分库分表环境下是不起作用的;

  5. 执行SQL里有触发器,自定义函数时,MySQL缓存也是不起作用的;

  6. 在表的结构或数据发生改变时,基于该表相关cache立即全部失效。

3.替代方案是什么?

应用层组织缓存,最简单的是使用redis,ehcached等

  1. 应用程序层面的缓存:在应用程序中实现缓存逻辑,可以更灵活地控制缓存的生命周期和内容。

  2. 使用第三方工具:例如ProxySQL,它可以作为中间件来缓存查询结果,并且支持缓存的TTL(生存时间),这样可以在一定程度上模拟查询缓存的功能。

  3. 服务器端查询重写:MySQL服务器提供了查询重写功能,可以通过重写查询来插入提示或进行其他修改以提高性能。

  4. 优化索引和查询:通过优化数据库的索引和查询逻辑来提升性能,减少对查询缓存的依赖。

  5. 使用其他数据库技术:如果查询缓存对应用程序非常关键,可以考虑使用其他支持查询缓存的数据库技术。

4.Mysql内部有哪些核心模块组成,作用是什么?

Connectors(客户端)

MySQL服务器之外的客户端程序,与具体的语言相关,例如Java中的JDBC,图形用户界面SQLyog等。本质上都是在TCP连接上通过MySQL协议和MySQL服务器进行通信。

MySQL Server(服务器)

第1层:连接层

  • 系统(客户端)访问 MySQL 服务器前,做的第一件事就是建立 TCP 连接

  • 经过三次握手建立连接成功后, MySQL 服务器对 TCP 传输过来的账号密码做身份认证、权限获取

    • 用户名或密码不对,会收到一个Access denied for user错误,客户端程序结束执行

    • 用户名密码认证通过,会从权限表查出账号拥有的权限与连接关联,之后的权限判断逻辑,都将依赖于此时读到的权限

  • TCP 连接收到请求后,必须要分配给一个线程专门与这个客户端的交互。所以还会有个线程池,去走后面的流程。每一个连接从线程池中获取线程,省去了创建和销毁线程的开销。

第2层:服务层

Management Serveices & Utilities: 系统管理和控制工具

SQL Interface:SQL接口:

  • 接收用户的SQL命令,并且返回用户需要查询的结果。比如SELECT ... FROM就是调用SQL Interface

  • MySQL支持DML(数据操作语言)、DDL(数据定义语言)、存储过程、视图、触发器、自定义函数等多种SQL语言接口

Parser:解析器:

  • 在SQL命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析。解析器中SQL 语句进行语法分析、语法解析,并为其创建语法树

语法分析

语法分析主要是把输入转化成若干个tokens,包含key和非key。

在分析之后,会得到4个Token,其中有2个key,它们分别是SELECT、FROM。

key非keykey非key
SELECTageFROMuser
  • 典型的解析树如下:

Optimizer:查询优化器:

  • SQL语句在语法解析后、查询前会使用查询优化器对查询进行优化,确定SQL语句的执行路径,生成一个执行计划

Caches & Buffers: 查询缓存组件:

  • MySQL内部维持着一些Cache和Buffer,比如Query Cache用来缓存一条SELECT语句的执行结果,如果能够在其中找到对应的查询结果,那么就不必再进行查询解析、查询优化和执行的整个过程了,直接将结果反馈给客户端。

  • 这个缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存,记录缓存,key缓存,权限缓存等 。

  • 这个查询缓存可以在不同客户端之间共享 。

第3层:引擎层

插件式存储引擎层( Storage Engines),负责MySQL中数据的存储和提取,对物理服务器级别维护的底层数据执行操作,服务器通过API与存储引擎进行通信。不同的存储引擎具有的功能不同,管理的表有不同的存储结构,采用的存取算法也不同,这样我们可以根据自己的实际需要进行选取。例如MyISAM引擎和InnoDB引擎。

存储层

所有的数据、数据库、表的定义、表的每一行的内容、索引,都是存在文件系统 上,以文件的方式存在,并完成与存储引擎的交互。

5.一条sql发送给mysql后,内部是如何执行的?(说一下 MySQL 执行一条查询语句的内部执行过程?)

首先,MySQL客户端通过协议与MySQL服务器建连接,通过SQL接口发送SQL语句,先检查查询缓存,如果命中,直接返回结果,否则进行语句解析。也就是说,在解析查询之前,服务器会先访问查询缓存,如果某个查询结果已经位于缓存中,服务器就不会再对查询进行解析、优化、以及执行。它仅仅将缓存中的结果返回给用户即可,这将大大提高系统的性能。

接下来,MySQL解析器通过关键字将SQL语句进行解析,并生成一棵对应的解析树,解析器使用MySQL语法规则验证和解析SQL语句。例如,它将验证是否使用了错误的关键字,或者使用关键字的顺序是否正确,引号能否前后匹配等;预处理器则根据MySQL规则进一步检查解析树是否合法,例如,这里将检查数据表和数据列是否存在,还会解析名字和别名,看是否有歧义等。然后预处理器会进行查询重写,生成一棵新解析树。

接下来,查询优化器将解析树转化成执行计划。MySQL优化程序会对我们的语句做一些优化,如子查询转换为连接、表达式简化等等。优化的结果就是生成一个执行计划,这个执行计划表明了应该使用哪些索引执行查询,以及表之间的连接顺序是啥样,等等。我们可以使用EXPLAIN语句来查看某个语句的执行计划。

最后,进入执行器阶段。完成查询优化后,查询执行引擎会按照生成的执行计划调用存储引擎提供的接口执行SQL查询并将结果返回给客户端。在MySQL8以下的版本,如果设置了查询缓存,这时会将查询结果进行缓存,再返回给客户端。

6.MySQL 提示“不存在此列”是执行到哪个节点报出的?

是在Parser:解析器 分析sql语法的时候检查的列。

7.如果一张表创建了多个索引,在哪个阶段或模块进行的索引选择?

在优化器阶段Optimizer:查询优化器:

8.MySQL 支持哪些存储引擎?默认使用哪个?

查看MySQL提供什么存储引擎

 SHOW ENGINES;

下面的结果表示MySQL中默认使用的存储引擎是InnoDB,支持事务,行锁,外键,支持分布式事务(XA),支持保存点(回滚)

也可以通过以下语句查看默认的存储引擎:

 SHOW VARIABLES LIKE '%default_storage_engine%';

9.Mysql8.0自带哪些存储引擎?分别是做什么的?

1. InnoDB存储引擎

  • InnoDB是MySQL的默认事务型引擎,它被设计用来处理大量的短期(short-lived)事务。可以确保事务的完整提交(Commit)和回滚(Rollback)。

  • 除非有非常特别的原因需要使用其他的存储引擎,否则应该优先考虑InnoDB引擎

  • 数据文件结构:

    • 表名.frm 存储表结构(MySQL8.0时,合并在表名.ibd中)

  • 表名.ibd 存储数据和索引

  • InnoDB不仅缓存索引还要缓存真实数据, 对内存要求较 高 ,而且内存大小对性能有决定性的影响。

2. MyISAM存储引擎

  • MyISAM提供了大量的特性,包括全文索引、压缩、空间函数(GIS)等,但MyISAM不支持事务和行级锁,有一个毫无疑问的缺陷就是崩溃后无法安全恢复。

  • 优势是访问的 速度快 ,对事务完整性没有要求或者以SELECT、INSERT为主的应用。

  • 数据文件结构:

    • 表名.frm 存储表结构

  • 表名.MYD 存储数据

  • 表名.MYI 存储索引

  • MyISAM只缓存索引,不缓存真实数据。

3. Archive引擎

  • Archive档案存储引擎只支持INSERT和SELECT操作

  • Archive表适合日志和数据采集(档案)类应用。

  • 根据英文的测试结论来看,Archive表比MyISAM表要小大约75%,比支持事务处理的InnoDB表小大约83%。

4. Blackhole引擎

  • Blackhole引擎没有实现任何存储机制,它会丢弃所有插入的数据,不做任何保存

  • 但服务器会记录Blackhole表的日志,所以可以用于复制数据到备库,或者简单地记录到日志。但这种应用方式会碰到很多问题,因此并不推荐。

5. CSV引擎

  • CSV引擎可以将普通的CSV文件作为MySQL的表来处理,但不支持索引

  • CSV引擎可以作为一种数据交换的机制,非常有用。

  • CSV存储的数据直接可以在操作系统里,用文本编辑器,或者excel读取。

6. Memory引擎

  • 如果需要快速地访问数据,并且这些数据不会被修改,重启以后丢失也没有关系,那么使用Memory表是非常有用。

  • Memory表至少比MyISAM表要快一个数量级。

7. Federated引擎

  • Federated引擎是访问其他MySQL服务器的一个代理(跨库关联查询),尽管该引擎看起来提供了一种很好的跨服务器的灵活性,但也经常带来问题,因此默认是禁用的。

10.MySQL 存储引擎架构了解吗?

MySQL :: MySQL 5.7 Reference Manual :: 14.4 InnoDB Architecture

  1. InnoDB:InnoDB 是 MySQL 的默认存储引擎,它支持事务、行级锁、外键约束等特性。InnoDB 存储引擎采用了多版本并发控制(MVCC)的机制,可以提供较高的并发性能和事务支持。InnoDB 存储引擎的架构包括数据文件、日志文件、系统表空间等组成部分。

  2. MyISAM:MyISAM 是 MySQL 的另一种常用的存储引擎,它不支持事务和行级锁,但支持全文索引和压缩表等特性。MyISAM 存储引擎的架构包括数据文件、索引文件、表定义文件等组成部分。

  3. Memory:Memory 存储引擎将数据存储在内存中,适合用于临时表和缓存等场景。Memory 存储引擎的架构包括哈希索引、数据缓冲区等组成部分。

  4. Archive:Archive 存储引擎用于存储大量的归档数据,采用压缩算法来减小存储空间。Archive 存储引擎的架构包括数据文件、压缩算法等组成部分。

11.能否单独为一张表设置存储引擎?

方法1:

设置默认存储引擎:

 SET DEFAULT_STORAGE_ENGINE=MyISAM;

方法2:

或者修改 my.cnf 文件:vim /etc/my.cnf 新增一行:default-storage-engine=MyISAM 重启MySQL:systemctl restart mysqld

方法3:

我们可以为 不同的表设置不同的存储引擎

 CREATE TABLE 表名( 建表语句; ) ENGINE = 存储引擎名称;
 ALTER TABLE 表名 ENGINE = 存储引擎名称;
12.阿里、京东等大厂都有自研的存储引擎,如何开发一套自己的?

开发存储引擎并不难,难的是开发出来高效的有意义的存储引擎。

简单例子可以看一下官方源码中的示例,可以实现一个什么也没做的存储引擎。

有兴趣可以参考官方文档:MySQL: Welcome

13.MyISAM 和 InnoDB 的区别是什么?

外键 事务 锁

14.具体说一下如何做技术选型

除非几乎没有写操作全部都是高频的读操作可以选择MyISAM作为表的存储引擎,其他业务可以一律使用InnoDB。

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