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SQL查询语句执行的过程是什么

2023-06-30 15:32

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这篇文章主要介绍“SQL查询语句执行的过程是什么”,在日常操作中,相信很多人在SQL查询语句执行的过程是什么问题上存在疑惑,小编查阅了各式资料,整理出简单好用的操作方法,希望对大家解答”SQL查询语句执行的过程是什么”的疑惑有所帮助!接下来,请跟着小编一起来学习吧!

SQL语句举例:

SELECT * FROM `test` WHERE `id`=1;

当我们输入一条SQL语句,返回一个结果时,那这条语句在 MySQL 内部的执行过程是怎么的呢?

MySQL基本架构

下面给出的是 MySQL 的基本架构示意图(图片来自网络),从下图中我们可以比较清楚地看到 SQL 语句在 MySQL 的各个功能模块中的执行过程。

SQL查询语句执行的过程是什么

从上图直观的来看,MySQL 可分为 Server 层存储引擎层两部分。

Server 层包括 连接器查询缓存分析器优化器执行器等,涵盖 MySQL 的大多数核心服务功能,以及所有的内置函数(如日期时间函数、字符串函数、数学函数和加密函数等),所有跨存储引擎的功能都在这一层实现,比如存储过程触发器视图等。

储引擎层负责数据的存储提取。其架构模式是插件式的,支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是 InnoDB,它从 MySQL 5.5.5 版本开始成为了默认存储引擎。当执行 ·create table · 建表的时候,如果不指定引擎类型,默认使用的就是 InnoDB指。在 create table 语句中使用 engine=memory, 来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不同,支持的功能也不同,在后面的文章中再来讨论引擎的知识。

从上图中可以看出,不同的存储引擎共用一个Server 层,也就是从连接器到执行器的部分。下面来看下每个组件的作用。

Server 层

1、连接器

使用数据库的第一步就是先连接到这个数据库上,这时候作为接待的就是连接器。连接器负责跟客户端建立连接获取权限维持和管理连接

连接命令:

mysql mysql -h主机地址 -u用户名 -p

输完命令之后,你就需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在 -p 后面写在命令行中,但这样可能会导致你的密码泄露,不建议直接跟着输入。

下图为我的电脑操作(mac+ mamp):

SQL查询语句执行的过程是什么

如果输入账号或密码错误会提示(1045):

ERROR 1045 (28000): Access denied for user 'root'@'localhost' (using password: YES)

截图如下:

SQL查询语句执行的过程是什么

当用户名密码认证通过后,连接器会到权限表里面查出你拥有的权限。之后,这个连接里面的权限判断逻辑,都将依赖于此次登陆读到的权限。

连接成功截图:

SQL查询语句执行的过程是什么

从上图我们可以看到一些关MySQL的版本号信息(Server version: 5.7.23 MySQL Community Server (GPL) )。

当用户成功建立连接后,即使你用管理员账号对这个用户的权限做了修改,也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后,只有再新建的连接才会使用新的权限设置。

连接完成后,如果你没有后续的动作,这个连接就处于空闲状态,可以通过 show processlist; 命令中看到它。下图是 show processlist 的结果。

SQL查询语句执行的过程是什么

其中,当 Command 列有显示为“Sleep”的这一行,就表示现在系统里面有一个空闲连接。

客户端如果太久没动静,连接器会自动将它断开。这个时间是由参数 wait_timeout控制,默认值是8小时。

查看默认连接超时时长:

show variables like 'wait_timeout';

SQL查询语句执行的过程是什么

可以使用命名来修改这个参数值:

set wait_timeout =28801; // 自定义时长

结果如下:

SQL查询语句执行的过程是什么

如果在连接被断开之后,客户端再次发送请求时,就会收到一个错误提醒: Lost connection to MySQL server during query。这时如果你要继续执行,则需要重连接,再执行请求。

数据库里面,长连接是指连接成功后,如果客户端持续有请求,则一直使用同一个连接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接,下次查询再重新建立一个。

建立连接的过程通常比较复杂,建议在使用中要尽量减少建立连接的动作,也就是尽量使用长连接。

如果全部使用长连接后,有时 MySQL 占用大量内存,这是因为 MySQL 在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。这些连接资源只在连接断开的时候才释放。如果长连接长期累积,可能导致内存占用太大,被系统强行杀掉,则导致MySQL 异常重启。

怎么解决这个问题呢?

定期断开长连接。使用一段时间后,或程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后,断开连接,之后要查询时再重新连接。

如果是 MySQL 5.7 或更新版本,可以在每次执行一个比较大的操作后,通过执行 mysql_reset_connection 来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证,但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

2、查询缓存

连接建立完成后,就可以执行 select 语句了。执行逻辑就会来到第二步:查询缓存。

MySQL 拿到一个查询请求后,先到查询缓存看之前是否执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果可能会以 key-value 对的形式,被直接缓存在内存中。key 是查询的语句,value 是查询的结果。如果你的查询能够直接在这个缓存中找到 key,那么这个 value 就会被直接返回给客户端。

如果语句不在查询缓存中,就会继续后面的执行阶段。执行完成后,执行结果会被存入查询缓存中。如果查询命中缓存,MySQL 不需要执行后面的复杂操作,就可以直接返回结果,这个效率会很高。

但是大多数情况下我会建议你不要使用查询缓存,因为查询缓存往往弊大于利。

查询缓存的失效非常频繁,只要有对一个表的更新,这个表上所有的查询缓存都会被清空。因此很可能你费劲地把结果存起来,还未使用,就被一个更新全更新了。对于更新压力大的数据库来说,查询缓存的命中率会非常低。如果有一张很长时间才会更新一次静态表,那这张表上的查询才适合使用查询缓存。

好在 MySQL 也提供了这种“按需使用”的方式。你可以将参数 query_cache_type 设置成 DEMAND,这样对于默认的 SQL 语句都不使用查询缓存。而对于你确定要使用查询缓存的语句,可以用 SQL_CACHE 显式指定,如下面语句:

mysql> SELECT SQL_CACHE * FROM `test` WHERE id=1;

需要注意的是,MySQL 8.0 版本直接将查询缓存的整块功能删掉了,也就是说 8.0 开始彻底没有这个功能了。

3、分析器

如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句了。首先,MySQL 需要知道你要做什么,因此需要对 SQL 语句做解析。

分析器先会做“词法分析”。你输入的是由多个字符串和空格组成的一条 SQL 语句,MySQL 需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么。

SQL语句举例:

SELECT * FROM `test` WHERE id=1;

MySQL 从你输入的"SELECT"这个关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符串“”test"识别成"表名 test",把字符串“id”识别成“列 id”。

识别完后,就要做“语法分析”。根据词法分析的结果,语法分析器会根据语法规则,判断你输入的这个 SQL 语句是否满足 MySQL 语法。

如果你的语句不对,就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒,比如下面这个语句 where 多打了个字符“1”。

mysql> SELECT SQL_CACHE * FROM `test` WHERE1 id=1;
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'id=1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置,所以你要关注的是“use near” 附件的内容。

如图所示: 

SQL查询语句执行的过程是什么

分析器,构造一棵解析树(内部数据结构),整棵树只确保没有语法错误(语法分析),比如检查标识符是否有效、语句是否闭合。也包括重写查询、决定表的读取顺序、选择合适的索引等。

4、优化器

经过分析器,MySQL 就知道你要做什么了。在开始执行之前,还要先经过优化器的处理。

优化器是在表里面有多个索引的时候,决定使用哪个索引;或者在一个语句有多表关联(join)的时候,决定各个表的连接顺序。比如你执行下面这样的语句,这个语句是执行两个表的 join:

mysql> SELECT * FROM `test1`  JOIN `test2` USING(id)  WHERE  test1.a=1 AND test2.t=2;

既可以先从表 test1 里面取出 a=1 的记录的 ID 值,再根据 ID 值关联到表 test2,再判断 t2 里面 t 的值是否等于 2。 也可以先从表 test2 里面取出 t=2 的记录的 ID 值,再根据 ID 值关联到 test1,再判断 test1 里面 a 的值是否等于 1。 这两种执行方法的逻辑结果一样,但是执行的效率会有不同,优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。

优化器阶段完成后,这个语句的执行方案就确定下来了,然后进入执行器阶段。至于优化器是怎么选择索引的,在后面的文章中会单独整理关于优化器的内容。

5、执行器

MySQL 通过分析器知道了你要做什么,通过优化器知道了该怎么做,于是就进入了执行器阶段,开始执行语句。

开始执行的时候,要先判断一下你对这个表 T 有没有执行查询的权限,如果没有,就会返回没有权限的错误,如下所示 (在工程实现上,如果命中查询缓存,会在查询缓存返回结果的时候,做权限验证。查询也会在优化器之前调用 precheck 验证权限)。

mysql> SELECT * FROM `test` WHERE id=1;

比如我们这个例子中的表 test 中,id 字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的:

至此,这个语句执行完成。

对于有索引的表,执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接口,之后循环取“满足条件的下一行”这个接口,这些接口都是引擎中已经定义好的。

你会在数据库的慢查询日志中看到一个 rows_examined 的字段,表示这个语句执行过程中扫描了多少行。这个值就是在执行器每次调用引擎获取数据行的时候累加的。

有些场景下,执行器调用一次,引擎内部则扫描了多行,因此,引擎扫描行数和rows_examined 并不完全相同。后面会在整理存储引擎的内部机制中说明补充。

到此,关于“SQL查询语句执行的过程是什么”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注编程网网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!

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