整体架构

1. 架构总览

1.1 三层架构

从上到下依次是三层：连接层负责认证、线程池和连接管理；服务层负责 SQL 解析、优化和执行，内部包含解析器、优化器、执行器；存储引擎层提供 InnoDB、MyISAM、Memory 等可替换的插件式实现。

1.2 SQL 执行流程

执行顺序为：Client → 连接器 → 解析器 → 优化器 → 执行器 → 存储引擎。各阶段的中间产物依次是 SQL 文本、语法树、执行计划，最终由存储引擎返回行数据。

1.3 InnoDB 架构

内存结构包括 Buffer Pool、Change Buffer、Adaptive Hash Index 和 Log Buffer；磁盘结构包括系统表空间、独立表空间（.ibd）、Redo Log 和 Undo Log。磁盘上的页通过预读加载进内存，内存中的脏页再异步刷回磁盘。

2. 各层详解

2.1 连接层详解

连接过程：

1. TCP 三次握手建立网络连接
2. 身份验证：校验用户名、密码、Host
3. 权限获取：读取 mysql.user 表的权限信息
4. 分配线程：每个连接对应一个线程（或线程池复用）

-- 查看当前连接
SHOW PROCESSLIST;

-- 查看连接相关状态
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Threads%';
-- Threads_connected: 当前连接数
-- Threads_running: 当前活跃线程数
-- Threads_created: 已创建线程数（过大说明 thread_cache_size 不够）
-- Threads_cached: 缓存中的线程数

-- 查看最大连接数
SHOW VARIABLES LIKE 'max_connections';

2.2 服务层详解

解析器（Parser）：

• 词法分析：将 SQL 拆分为 Token
• 语法分析：生成语法树（Parse Tree）
• 语义分析：检查表、列是否存在，权限是否足够

优化器（Optimizer）：

• 基于成本模型选择最优执行计划
• 决定表的连接顺序
• 选择使用哪个索引
• 决定是否使用索引下推（ICP）

执行器（Executor）：

• 调用存储引擎接口获取数据
• 执行过滤、排序、聚合等操作
• 返回结果集

2.3 存储引擎层

-- 查看当前默认引擎
SHOW VARIABLES LIKE 'default_storage_engine';

-- 查看表使用的引擎
SELECT table_name, engine FROM information_schema.tables
WHERE table_schema = 'mydb';

-- 修改表引擎
ALTER TABLE myisam_table ENGINE = InnoDB;

InnoDB 核心特性总结：

特性	说明
事务支持	完整的 ACID 支持
行级锁	高并发下的细粒度锁
MVCC	多版本并发控制，读不阻塞写
外键	支持外键约束（但生产环境建议不用）
崩溃恢复	Redo Log 保证数据不丢失
聚簇索引	数据按主键物理排序存储

3. 内存与磁盘交互

• 读路径：磁盘 → Buffer Pool（内存）→ 返回客户端。
• 写路径：客户端 → Buffer Pool → Redo Log（顺序写）→ Checkpoint → 刷盘（随机写）。

关键设计思想：

• 将随机写转为顺序写（Redo Log）
• 利用内存缓存减少磁盘 IO
• Checkpoint 机制异步刷新脏页