文章内容来源《MySQL DBA 修炼之道》

一、架构篇

1. 软件架构中数据库的定位

• 数据库一般位于整个软件架构的后端，而不直接服务于用户。
• 数据的展示、业务逻辑处理都是由程序来实现，例如Java。
• 软件架构的分类 ：
  • 双层架构 server-client ： 如JDBC。
  • 三层架构 ： 程序和数据库之间有一个中间服务器，如Web服务器，中间件，再由中间服务器转发请求给数据库服务器。这种模式称为“三层架构”。
• 三层架构目前应用最广，探讨下：
  • （1）表现层 ： 直接与用户交互的界面。
  • （2）业务逻辑层 ： 负责业务逻辑与数据处理，也就是服务器，可以是PHP、Java EE、ASP.NET等应用服务。

网站处理网络访问请求的过程可能是这样的，由nginx接收用户请求，并将动态请求转发给后端的服务器，服务器处理完请求将结果返回给nginx，nginx再返回给用户，有时也称该层为中间件。

• （3） 数据访问层：直接操作数据库，负责增加、删除、修改、查找等操作。

2. MySQL的基础架构

Mysql是一种关系型数据库产品。关系型数据库是建立在关系模型基础上的数据库。现实世界中，实体与实体之间都是有联系的，这种联系一般可以用关系模型来表示。

数据库产品架构一般可以分为应用层、逻辑层、物理层。
（1） 应用层：负责与客户端交互，建立连接、记住连接状态，响应请求，返回数据和控制信息。
（2）逻辑层 ： 负责具体的查询、事务、存储、恢复等。

当客户端有用户发起查询请求时，数据库就会分配一个线程来处理，由【查询处理器】解析并生成执行计划，然后交给【执行器】执行，执行器有时需要访问更底层的【事务管理器、存储管理器】来操作数据；事务管理器主要负责事务管理与并发控制，其中确保事务的“ACID”特性，通过锁管理器来控制并发；存储管理器主要负责存储管理，其中日志管理器确保数据持久化，存储管理器还包括一个缓冲器，用它来确定磁盘和内存缓冲之间的数据传输。

（3）物理层：物理磁盘上的文件，包括日志文件、数据文件等。

参照图片，尝试理解一下：

• Connection Pool：可以理解为应用层，负责连接建立，验证，保持连接等功能。
• Management Service ： 可以理解为逻辑处理层，负责调度其它组件，完成业务逻辑与数据处理。
• Fiile System 与 Files & Logs ：可以理解为物理层。也就是真正的物理文件。

3. 客户端与数据库交互过程架构图

（1） Client发布查询流程，调用Connetion Handler获取连接，发布查询。
（2）Connetion Handler，首先查询Query Cache，如果缓存中有结果集直接返回，没有结果集则调用Parser解析查询，再调用Optinizer优化器生成【执行计划】。

什么是执行计划？SQL是声明性语言。它只告诉数据库要查什么，但是怎么查却没讲。数据库要做的就是基于算法和统计信息计算出一条最优的访问路径，这个工作就是由优化器来完成的。

（3）然后运行执行计划，通过Pluggable Storage Engine API从存储引擎中获取数据，并返回给客户端。

4. MySQL权限

MySQL的权限包括两个方面。
（1） 服务器检查是否允许你连接
（2）假设可以连接，服务将检查你发出的每个请求，查看你是否有足够的权限实施它。
Mysql通过IP+端口、用户名、密码三要素来验证用户。

shell>mysql -h localhost -u root -proot1234 -P 3306 本机电脑还可以省略 -h -P mysql -u root -proot1234 

4.1 赋予权限和回收权限

程序账号有增加、删除、查询、修改这四项功能。
演示 ： 赋予查询、插入、修改、删除权限，并进行密码设置。

mysql>grant select,insert,update,delete on db_name.* to username@'10.%' identified by 'password'; 

回收上面所赋予的权限

mysql>revoke select,insert,update,delete on db_name.* from username@'10.%'; 

5. 长连接、短连接、线程池

当数据库服务器和客户端位于不同主机时，就需要建立网络连接来进行通信。

5.1 短连接

短连接是指程序和数据库通信时需要建立连接，执行操作后，连接关闭。简单来说：每次操作数据库都需要打开和关闭数据库连接。

短连接弊端：在慢速网络下使用短连接，连接开销就很大；在生产繁忙的系统中，连接也可能会受到系统端口的数的限制。（连接断开后，端口不会被马上回收利用，而是要经历FIN阶段的等待，直到可以被回收利用为止，这样就会导致端口资源不够用。
解决办法1 ： 扩大端口数量
解决办法2 ： MySQL配置监听多个IP地址，这样就增加了端口资源。

5.2 长连接

长连接指程序之间的连接在建立之后，就一直打开，被后续程序调用。使用长连接的初衷是减少连接的开销。
当受到一个永久连接的请求时，程序会检查是否存在一个相同的永久连接。如果存在，则直接将使用这个连接；如果不存在，则建立新的连接。所谓相同的连接，指的是相同的用户名和密码到相同主机的连接。
对于高并发的业务，推荐使用长连接或连接池。但是维持连接也是需要内存的。现代的操作系统可以拥几千个数据库连接，但是大部分都是睡眠状态的，这样的操作也会导致内存浪费。
对于扩展性好的站点来说，其实大部分的访问并不需要连接数据库。如果用户需要频繁访问数据库，会造成性能问题，这是长短连接都无法解决的，所以应该进行合理的设计和优化来避免性能问题。
Java中有连接池技术。在研发的过程中，研发工程师、系统运维工程师、DBA需要保持沟通，确定合理的连接策略，千万不要不假思索的就采用长连接。

5.3 连接池

由于数据库创建和销毁连接的开销很大，或者相对于执行的具体数据操作，连接所消耗的资源过多，此时就需要添加连接池来改进性能。

6. 存储引擎

InnoDB引擎

InnoDB 是MySQL默认引擎，它的优点：

• 灾害恢复性好
• 支持4种级别的事务，默认的事务隔离级别是可重复读，它的事务支持是通过多版本并发控制的MVCC。
• 使用行级锁。
• 对于InnoDB引擎中的表，其数据的物理组织形式是簇表，数据按照主键来组织，也就是说逐渐索引和数据是在一起的，数据按主键的顺序物理分布。
• 实现了缓冲管理，不仅能缓冲索引也能缓冲数据，并且会自动创建散列索引以加快数据的获取。
• 支持外键。
• 支持热备份。

7. MySQL的复制架构 主从模式

复制模式有以下几种：

• 主从模式 A->B
• 主主模式 A<–>B
• 链式复制 A -> B -> C
• 环形复制 A ->B -> C -> A

8. 基础概念

单点故障

单点故障指系统中的某个部分，一旦失败，将会导致整个系统无法工作。为了消除单点故障，一般需要增加冗余组件或冗余系统。比如服务器的电源冗余、网卡冗余、磁盘raid阵列、冗余的服务器，备用的数据中心等。如果要设计高可用的服务，单点故障时需要尽量避免的。

读写分离

由于数据库只能接受有限的读请求，对于读请求较多的应用，数据库可能会成为瓶颈，为了增加读的能力，提高扩展性，因此引入了读写分离技术。比如：利用复制技术配置多个从库，以承担更多的读请求，或者应用程序直接访问数据库，或者通过一个负载均衡软件分发读请求。写入操作和一些读操作仍然访问主库。由于MySQL的复制时异步的，所以要留意复制延时对于读写分离的影响。