前言

相信大家用了這么久的MySQL，一定很好奇自己寫的SQL是如何執行并返回結果的，今天我們就來一層一層剝開MySQL這顆洋蔥。

首先我們通過一張圖來了解下整個過程，然后再開始一步一步解析。

第一步：客戶端發送SQL語句到MySQL服務端

假如項目中用到了Mybatis來操作數據庫，那么Mybatis就會通過JDBC來連接數據庫，并發送語句給數據庫，因為一般運行Web后臺服務的機器和MySQL服務都是物理上隔開的，是一個分布式架構，所以需要通過網絡來訪問，JDBC采用TCP連接的方式與MySQL服務端進行通信，通信的內容包括發送語句、接收執行結果等。雖然TCP是全雙工的，但是Mysql的TCP是半雙工的，這意味著同一時刻要么客戶端在發送數據，要么服務端在發送數據。

第二步：驗證連接合法性

JDBC與數據庫建立的連接的時候，會要求輸入用戶名和密碼，Mysql需要驗證用戶名是否存在，密碼是否正確。驗證通過后，再根據mysql.user表中的host字段來驗證客戶端IP是否是允許的IP，這個host字段相當于一個白名單。

前面的合法性都通過后，JDBC才會發送實際的SQL語句給MySQL服務端。

第三步：查詢緩存

像上面這種SELECT語句，MySQL服務端收到這個SQL時，如果開啟了查詢緩存，就會根據SQL語句在查詢緩存中查找，查找成功就直接返回查詢緩存中的結果給客戶端，而不會執行下面這些操作。

請注意，這里的查找方式是根據SQL語句進行hash運算，只要SQL中有一個字節不同都不會命中緩存。

第四步：語法解析和預處理

當查詢緩存沒有命中時，才會開始進行語法解析和預處理。語法解析就像一個編譯程序一樣，根據語句生成語法樹，并檢查語法樹中的關鍵字是否正確，順序是否正確，引號是否前后匹配等。

經過語法解析后，預處理就會檢查sql中的表、列是否存在，列名是否有歧義等，同時預處理還會對SQL進行權限認證，比如該用戶是否有SELECT權限、INSERT權限..., 是否有對應數據庫的權限、表的權限等等。

第五步：查詢優化

查詢優化主要分為兩部分，一是靜態優化二是動態優化。靜態優化可以把語句中一些where條件進行等價交換，比如：WHERE 1=1 AND a > 2將被替換為WHERE a > 2;靜態優化不依賴sql語句的具體值，就像Java靜態編譯器的語法糖一樣。

動態優化：因為動態優化以頁為最小單元來評估成本，所以需要分析SQL語句所對應的表的索引頁或者數據頁的數量，以此來確定是走索引還是全表掃描。這些信息都是通過存儲引擎來獲得的，所以如果存儲引擎給出的結果不精確，那么查詢優化的執行計劃可能就不是最優的。

因為一條sql可以選擇的執行方式有很多種，比如一張表里有多個索引，SQL語句涉及多個表的連接查詢，那么得到上述信息后，就需要評估使用哪些索引、哪個表關聯的順序是最優的，并以此來生成一條執行計劃。這部分也是Mysql服務層最復雜的地方，因為需要考量的因素有很多，這里筆者只是列出了一小部分。

第六步：調用存儲引擎執行

其實在MySQL中，真正決定怎么存儲數據和查詢數據的組件是存儲引擎。所以在第五步中得到了執行計劃后，MySQL會調用表所對應的存儲引擎的API，來執行真正的查詢。Mysql定義了一系列存儲引擎接口，來讓編寫存儲引擎的人來實現，所以只要符合接口定義的存儲引擎都是可以放入MySQL中去使用的。其中使用最廣泛的引擎莫過于InnoDB，InnoDB是一個支持事務、支持崩潰快速恢復的高性能存儲引擎。

Mysql服務層和存儲引擎層最大的區別是：服務層實現了一些不依賴于具體存儲引擎的通用操作，比如上面的連接驗證、SQL驗證這些。而存儲引擎則完成具體的查詢存儲操作，所以好的存儲引擎是Mysql的關鍵。

第七步：將結果返回給客戶端

容易想到的一種方式是MySQL服務端先把查詢結果緩存到內存中，然后再一次性發送給客戶端，可實際上不是這樣的。實際是拿到符合條件的第一條數據就返回給客戶端，這是一個增量過程。這樣做的原因，是可以緩解服務端的內存壓力。

如果開啟了查詢緩存，并且語句是UPDATE、DELETE、INSERT之類的操作，那么這個時候也會更新查詢緩存。

總結

在整個過程中，最復雜的部分是第五步的查詢優化和第六步中具體的存儲引擎，實現細節是造就了MySQL長盛不衰的原因。如果想要優化MySQL的性能，有幾步可以優化：

客戶端使用連接池，這樣可以讓連接復用，因為MySQL每接收一個連接都要用一個線程去處理，和其他Web服務器的連接池解決的問題一樣，這里也可以解決。

查詢緩存雖然在查詢時可以避免很多后續操作的成本，但是維護它的成本也挺高的，因為每次UPDATE、DELETE、INSERT都需要互斥地更新對應表的查詢緩存，這會成為MySQL的可擴展性瓶頸。根據阿姆達爾定律，決定一個系統能否水平擴展的是程序串行的部分。在MySQL8.0以上版本中，默認禁用了查詢緩存。所以除非你能確定查詢緩存確實對吞吐量有幫助，否則禁用查詢緩存是個好建議。

默認情況下，客戶端在第七步的接收過程中，其實是在自己的內存里緩存了全部結果之后，才會解除阻塞，這些會創建很多對象，當并發增高時，可能會引起JVM的OOM。所以這里可以改為每次只接收部分數據，處理完后再接收部分。但這里服務端對于資源都是持有狀態，所以是一個空間和時間上的權衡。

如果有必要，你可以干涉第五步的查詢優化過程，MySQL提供一些hint語句，比如強制走規定的關聯表順序或者強制使用某些索引。但是大多數情況下，請不要以為自己比查詢優化器更聰明，使用推薦的方案可能更好。

設計一個好的索引對于查詢的性能影響非常之大，所以對于使用關系型數據庫來說，索引設計是非常重要的一環。