03 MYSQL的体系结构以及存储引擎的基本知识

目录

• 1 MYSQL的体系结构
  • 1-1 连接层
  • 1-2 服务层
  • 1-3 引擎层
  • 1-4 存储层
• 2 MYSQL的存储引擎
  • 2-1 概述
  • 2-2 各个存储引擎的特点
  • 2-3 InnoDB引擎特点
    • 2-3-1 InnoDB: 事务支持
    • 2-3-2 InnoDB:外键约束
    • 2-3-3 InnoDB:存储表和索引的两种方式
  • 2-4 MyISAM引擎特点
    • 2-4-1 文件存储方式
  • 小结：数据库文件存储的要素包括表的结构，表的数据，表的索引。
  • 2-5 Memory与MERGE存储引擎
  • 2-6 存储引擎的选择
• 参考资料

1 MYSQL的体系结构

整个MySQL Server由以下组成，可以大致分为四个层次：

第一层

• Connection Pool : 连接池组件(认证，缓存等功能)

第二层

• Management Services & Utilities : 管理服务和工具组件
• SQL Interface : SQL接口组件
• Parser : 查询分析器组件，解析过滤客户端发送过的请求。
• Optimizer : 优化器组件，对传递过来的SQL语句进行优化。
• Caches & Buffers : 缓冲池组件，查询缓存是否有符合要求的数据。

第三层
Pluggable Storage Engines : 存储引擎
第四层
File System : 文件系统

1-1 连接层

连接层是包含

• 客户端
• 链接服务(包含本地sock通信和大多数基于客户端/服务端工具实现的类似于 TCP/IP的通信)

功能：主要完成一些类似于连接处理、授权认证、及相关的安全方案 。

特点：

• 在该层上引入了线程池的概念，为通过认证安全接入的客户端提供线程

1-2 服务层

功能：主要完成大多数的核心服务功能，如SQL接口，并完成缓存的查询，SQL的分析和优化，部分内置函数
的执行。所有跨存储引擎的功能也在这一层实现，如 过程、函数等。在该层，服务器会解析查询并创建相应的内部解析树，并对其完成相应的优化如确定表的查询的顺序，是否利用索引等， 最后生成相应的执行操作。如果是
select语句，服务器还会查询内部的缓存，如果缓存空间足够大，这样在解决大量读操作的环境中能够很好的提升
系统的性能。

1-3 引擎层

功能：存储引擎真正的负责了MySQL中数据的存储和提取，服务器通过API和存储引擎进行通信

1-4 存储层

主要是将数据存储在文件系统之上，并完成与存储引擎的交互

2 MYSQL的存储引擎

2-1 概述

定义：存储引擎就是存储数据，建立索引，更新查询数据等等技术的实现方式 。存储引擎是基于表的，而不是基于库的。所以存储引擎也可被称为表类型。

基本常识：

• 存储引擎是基于数据表的，同一个数据库中多张表可以采用不同的存储引擎。
• MYSQL支持多种存储引擎，Oracle，SqlServer等数据库只有一种存储引擎。MySQL提供了插件式的存储引擎架构。

show engines;                               # 查看MySQL数据库中支持的存储引擎
show variables like '%storage_engine%' ；   # 查看默认的存储引擎

上图中可以看到，默认的存储引擎InnoDB支持transactions,row-level locking以及foreign keys。

2-2 各个存储引擎的特点

几个注意点：

• InnoDB是当前MySQL数据库默认的存储引擎，MyISAM是老版本的MySQL数据库支持的引擎
• 主要关注事务安全，锁机制以及外键支持

2-3 InnoDB引擎特点

InnoDB与MyISAM对比：

• 相比较MyISAM的优势
  • 提供了具有提交、回滚、崩溃恢复能力的事务安全，支持外键和行锁
• 相比较MyISAM的劣势
  • 写的处理效率差一些，并且会占用更多的磁盘空间以保留数据和索引

2-3-1 InnoDB: 事务支持

实例：

create table goods_innodb(
    id int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    name varchar(20) NOT NULL,
    primary key(id)
)ENGINE=innodb DEFAULT CHARSET=utf8;
--开始事务
start transaction;
insert into goods_innodb(id,name)values(null,'Meta20');
commit;

• 可以在innodb的存储引擎下提交事务

2-3-2 InnoDB:外键约束

创建外键的要求：要求父表的主键必须有索引，这样子表在创建外键的时候，也会自动创建对应的索引。

实例：

create table country_innodb(
    country_id int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    country_name varchar(100) NOT NULL,
    primary key(country_id)
)ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

--创建city_innodb表格，将country_innodb的主键country_id作为外键
create table city_innodb(
    city_id int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    city_name varchar(50) NOT NULL,
    country_id int NOT NULL,
    primary key(city_id),
    key idx_fk_country_id(country_id),
    CONSTRAINT `fk_city_country` FOREIGN KEY(country_id) REFERENCES
country_innodb(country_id) ON DELETE RESTRICT ON UPDATE CASCADE
)ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;


insert into country_innodb values(null,'China'),(null,'America'),(null,'Japan');
insert into city_innodb values(null,'Xian',1),(null,'NewYork',2),
(null,'BeiJing',1);

注意：上面在处理主外表关系时，约定：

• ON DELETE RESTRICT：从表中存有关联记录，主表记录无法被删除
• ON UPDATE CASCADE：从表中关联记录随主表一起更新

2个数据表内容如下：

删除主表记录测试（无法删除）：

delete from country_innodb where country_id = 1;

更新主表记录测试（可以看到子表的country_id跟随父表由1变为100）

update country_innodb set country_id = 100 where country_id = 1;

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由于创建外键的子表依赖于父表的主键（两个表存在主外关系），所以父表的变化必定会对子表产生影响，MYSQLS数据库中提供了以下方式：

关键字	说明
RESTRICT	restrict是在修改或者删除之前去检查从表中是否有对应的数据，如果有，拒绝操作
CASCADE	父表在更新/删除时，同时更新/删除子表的记录
SET NULL	父表在更新/删除时，直接将相关子表的记录设为null
NO ACTION	no action是来源标准的sql,在有些数据库中，会延迟检查,即在修改或者删除完以后去检查从表中是否有对应的数据，如果有，拒绝操作,MYSQL中NO ACTION与RESTRICT的效果一致。

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2-3-3 InnoDB:存储表和索引的两种方式

• 使用共享表空间存储， 这种方式创建的表的表结构保存在.frm文件中， 数据和索引保存在
  innodb_data_home_dir 和 innodb_data_file_path定义的表空间中，可以是多个文件。
  • .frm file describes the table's format (that is, the table definition). (frm是format的简写)
• 使用多表空间存储， 这种方式创建的表的表结构仍然存在 .frm 文件中，但是每个表的数据和索引单独保存在
  .ibd 中。
  • IBD is a file type or extension associated with MySQL-InnoDB. InnoDB has a feature called 'multiple table space' that allows all tables and indexes to be stored in their own file so each table can use its own table space.（IDB可以看成Innodb简写）

2-4 MyISAM引擎特点

主要特征：MyISAM 不支持事务、也不支持外键，其优势是访问的速度快 。

应用场景：

• 对事务的完整性没有要求,能够容忍少量数据的丢失。
• 以SELECT、INSERT为主的应用

实例：

create table goods_myisam(
id int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
name varchar(20) NOT NULL,
primary key(id)
)ENGINE=myisam DEFAULT CHARSET=utf8;

2-4-1 文件存储方式

每个MyISAM在磁盘上存储成3个文件，其文件名都和表名相同，但拓展名分别是

1)frm (存储表定义)； 2).MYD(MYData , 存储数据)； 3) MYI(MYIndex , 存储索引)；

小结：数据库文件存储的要素包括表的结构，表的数据，表的索引。

2-5 Memory与MERGE存储引擎

​ Memory存储引擎将表的数据存放在内存中。每个MEMORY表实际对应一个磁盘文件，格式是.frm ，该文件中只存储表的结构，而其数据文件，都是存储在内存中，这样有利于数据的快速处理，提高整个表的效率MEMORY类型的表访问非常地快，因为他的数据是存放在内存中的，并且默认使用HASH索引 ， 但是服务一旦关闭，表中的数据就会丢失。

​ MERGE存储引擎是一组MyISAM表的组合，这些MyISAM表必须结构完全相同，MERGE表本身并没有存储数据，对MERGE类型的表可以进行查询、更新、删除操作，这些操作实际上是对内部的MyISAM表进行的。

2-6 存储引擎的选择

在选择存储引擎时，应该根据应用系统的特点选择合适的存储引擎。对于复杂的应用系统，还可以根据实际情况选
择多种存储引擎进行组合。以下是几种常用的存储引擎的使用环境。

• InnoDB : 是Mysql的默认存储引擎，用于事务处理应用程序，支持外键。如果应用对事务的完整性有比较高
  的要求，在并发条件下要求数据的一致性，数据操作除了插入和查询意外，还包含很多的更新、删除操作，
  那么InnoDB存储引擎是比较合适的选择。InnoDB存储引擎除了有效的降低由于删除和更新导致的锁定， 还
  可以确保事务的完整提交和回滚，对于类似于计费系统或者财务系统等对数据准确性要求比较高的系统，
  InnoDB是最合适的选择。
• MyISAM ： 如果应用是以读操作和插入操作为主，只有很少的更新和删除操作，并且对事务的完整性、并发
  性要求不是很高，那么选择这个存储引擎是非常合适的。
• MEMORY：将所有数据保存在RAM中，在需要快速定位记录和其他类似数据环境下，可以提供几块的访问。
  MEMORY的缺陷就是对表的大小有限制，太大的表无法缓存在内存中，其次是要确保表的数据可以恢复，数
  据库异常终止后表中的数据是可以恢复的。MEMORY表通常用于更新不太频繁的小表，用以快速得到访问结
  果。
• MERGE：用于将一系列等同的MyISAM表以逻辑方式组合在一起，并作为一个对象引用他们。MERGE表的优
  点在于可以突破对单个MyISAM表的大小限制，并且通过将不同的表分布在多个磁盘上，可以有效的改善
  MERGE表的访问效率。这对于存储诸如数据仓储等VLDB(Very Large Data Base)环境十分合适。

参考资料

01 浅谈MySQL架构体系

02 MySQL简易手册

03 MySQL中no action和restrict的区别

04 .frm官方手册

05 idb说明
06 数据库课程

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20210302