深入理解MySQL基本原理和架构

🚀 一、MySQL 整体架构（从宏观到微观）

MySQL 主要由 Server 层 与 存储引擎层（InnoDB） 组成。

┌──────────────────────────────┐
│         Server 层             │
│  SQL解析、优化器、执行器、缓存 │
└──────────────────────────────┘
           ↓
┌──────────────────────────────┐
│        存储引擎层 (InnoDB)    │
│ Buffer Pool、Redo、Undo、索引  │
└──────────────────────────────┘

Server 层负责“逻辑”

• 连接管理（线程池）
• SQL 解析器（词法/语法分析）
• 优化器（决定走哪个索引、Join 顺序）
• 执行器（真正执行）
• 缓存（如 Query Cache 已废弃）

InnoDB 引擎负责“存储 + 事务”

• 页（Page）机制（16KB）
• Buffer Pool（内存读写缓存）
• Redo Log（崩溃恢复）
• Undo Log（MVCC/回滚）
• B+Tree 索引
• 事务隔离级别

📌 面试重点：Server 层做执行逻辑，InnoDB 才是存储和事务的核心。

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🚀 二、查询执行的完整流程（你必须背下来）

你执行：

SELECT * FROM user WHERE id = 1;

MySQL 内部做了什么？

1. 连接器

认证、权限、线程分配。

2. 查询缓存（已废弃）

MySQL 8 已移除，直接跳过。

3. 解析器

把 SQL 转为 AST（抽象语法树），检查语法、列名是否存在。

4. 优化器

决定：

• 走哪个索引
• 用全表扫描还是索引扫描
• Join 的顺序
• 是否使用覆盖索引

5. 执行器

根据优化器计划，从存储引擎层取数据。

6. 存储引擎

从 Buffer Pool 或磁盘读取数据页，并返回给执行器。

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面试必答点：优化器只是制定计划，真正取数据的是存储引擎。

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🚀 三、InnoDB 的核心：页、行、索引

1）数据以 Page 为单位（16KB）

为什么要懂？

• 索引建立
• 回表次数
• 全表扫描 cost
• 大字段影响性能

所有记录都存在 Page 中，读取数据要读整个 16KB 页。

2）行格式（Compact/Dynamic）

涉及：

• varchar 行溢出
• off-page 存储
• 大字段影响页分裂

3）索引是 B+Tree

主键索引（聚簇索引）和二级索引（非聚簇索引）。

聚簇索引

• 主键顺序存储
• 叶子节点存真实行数据

二级索引

• 叶子节点存的是主键值
• 因此需要回表

覆盖索引可以避免回表，是优化的重要手段之一。

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🚀 四、Redo Log 与 Undo Log（事务的灵魂）

搞不懂这两个，你永远理解不了 MySQL 的写入原理。

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⭐ Redo Log —— 保证“崩溃恢复”

写入一条记录时：

1. 修改 Buffer Pool 的数据页（内存）
2. 写入 Redo Log（顺序 IO）
3. 事务提交成功
4. 后台刷盘把脏页写到磁盘（异步）

为什么要有 Redo？
因为随机 IO 太慢，所以不直接写磁盘，通过“顺序写 redo log”减少 IO。

核心机制：WAL（Write-Ahead Logging）

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⭐ Undo Log —— MVCC 和回滚的基础

Undo 用于：

• 事务回滚
• 快照读（MVCC）可见性判断

每一次更新会写 Undo，记录旧值。

MVCC 依赖：

• undo log
• trx_id
• roll_pointer
• ReadView

你刷 MySQL 面试题看到的“RC、RR 区别”其实就是 ReadView 生成时机不同。

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🚀 五、Binlog（主从复制的基础）

Binlog 是 Server 层的日志，用于：

• 主从复制
• 数据恢复（基于时间点恢复）

与 Redo 的关键区别：

项	Redo Log	Binlog
层级	InnoDB 引擎层	Server 层
作用	崩溃恢复	主从复制 / 灾备
写入方式	循环写（固定大小）	顺序追加（无限扩展）
是否物理日志	物理日志	逻辑日志（记录 SQL 或行变更）

一致性依赖 —— 两阶段提交（2PC）
解决：redo 成功写了，但 binlog 写失败导致主从不一致。

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🚀 六、事务隔离与锁

你必须理解 RC、RR、Serializable 本质区别：

隔离级别	读问题	MySQL 行为
Read Uncommitted	脏读	不推荐
Read Committed	不可重复读	Oracle 默认
Repeatable Read	避免不可重复读	MySQL 默认 + MVCC
Serializable	强一致	性能差

InnoDB 通过：

• MVCC（快照读）
• 锁（当前读）

来保证隔离性。

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🚀 七、为什么 MySQL 能抗住上万 QPS？

关键点：

1. Buffer Pool：缓存热点页，绝大部分读不落盘
2. Redo Log（WAL）：顺序写，写入快
3. B+Tree 索引：层级低，查找快
4. 主从 + 读写分离：扩展读能力
5. 连接池 / 线程池：减少连接开销

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🚀 总结一张图（核心知识一图掌握）

Client
  ↓
Server 层
    解析器 → 优化器 → 执行器
    ↘           ↑
     Binlog     |
          ↓
InnoDB 引擎
    Buffer Pool
    Redo Log / Undo Log
    B+Tree 索引
    页组织、事务、锁