MySQL是怎样运行的

《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL》采用诙谐幽默的表达方式，对MySQL的底层运行原理进行了介绍，内容涵盖了使用MySQL的同学在求职面试和工作中常见的一些核心概念。 《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL》总计22 章，划分为4个部分。第1部分介绍了MySQL入门的一些知识，比如MySQL的服务器程序和客户端程序有哪些、MySQL的启动选项和系统变量，以及使用的字符集等。第2部分是本书后续章节的基础，介绍了MySQL的一些基础知识，比如记录、页面、索引、表空间的结构和用法等。第3部分则与大家在工作中经常遇到的查询优化问题紧密相关，介绍了单表查询、连接查询的执行原理，MySQL基于成本和规则的优化具体指什么，并详细分析了Explain语句的执行结果。第4部分则是与MySQL中的事务和锁相关，介绍了事务概念的来源，MySQL是如何实现事务的，包括redo日志、undo日志、MVCC、各种锁的细节等。 尽管《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解 MySQL》在写作时参考的MySQL源代码版本是5.7.22，但是大部分内容与具体的版本号并没有多大关系。无论是很早之前就已身居MySQL专家的人员，还是希望进一步提升技能的DBA，甚至是三五年后才会入行的“萌新”，本书都是他们彻底了解MySQL运行原理的优秀图书。

第0章　楔子——阅读前必看 1 第1章　装作自己是个小白——初识MySQL 3 1.1　MySQL的客户端/服务器架构 3 1.2　MySQL的安装 3 1.3　启动MySQL服务器程序 5 1.3.1　在类UNIX系统中启动服务器程序 5 1.3.2　在Windows系统中启动服务器程序 6 1.4　启动MySQL客户端程序 7 1.5　客户端与服务器连接的过程 10 1.5.1　TCP/IP 10 1.5.2　命名管道和共享内存 10 1.5.3　UNIX域套接字 11 1.6　服务器处理客户端请求 11 1.6.1　连接管理 12 1.6.2　解析与优化 12 1.6.3　存储引擎 14 1.7　常用存储引擎 14 1.8　关于存储引擎的一些操作 16 1.8.1　查看当前服务器程序支持的存储引擎 16 1.8.2　设置表的存储引擎 16 1.9　总结 17 第2章　MySQL的调控按钮——启动选项和系统变量 19 2.1　启动选项和配置文件 19 2.1.1　在命令行上使用选项 19 2.1.2　配置文件中使用选项 21 2.1.3　在命令行和配置文件中启动选项的区别 26 2.2　系统变量 27 2.2.1　系统变量简介 27 2.2.2　查看系统变量 27 2.2.3　设置系统变量 28 2.3　状态变量 32 2.4　总结 32 第3章　字符集和比较规则 34 3.1　字符集和比较规则简介 34 3.1.1　字符集简介 34 3.1.2　比较规则简介 34 3.1.3　一些重要的字符集 35 3.2　MySQL中支持的字符集和比较规则 36 3.2.1　MySQL中的utf8和utf8mb4 36 3.2.2　字符集的查看 36 3.2.3　比较规则的查看 38 3.3　字符集和比较规则的应用 39 3.3.1　各级别的字符集和比较规则 39 3.3.2　客户端和服务器通信过程中使用的字符集 44 3.3.3　比较规则的应用 52 3.4　总结 53 第4章　从一条记录说起——InnoDB记录存储结构 55 4.1　准备工作 55 4.2　InnoDB页简介 55 4.3　InnoDB行格式 56 4.3.1　指定行格式的语法 56 4.3.2　COMPACT行格式 56 4.3.3　REDUNDANT行格式 64 4.3.4　溢出列 68 4.3.5　DYNAMIC行格式和COMPRESSED行格式 70 4.4　总结 71 第5章　盛放记录的大盒子——InnoDB数据页结构 72 5.1　不同类型的页简介 72 5.2　数据页结构快览 72 5.3　记录在页中的存储 73 5.4　Page Directory（页目录） 80 5.5　Page Header（页面头部） 85 5.6　File Header（文件头部） 86 5.7　File Trailer（文件尾部） 88 5.8　总结 88 第6章　快速查询的秘籍——B+树索引 90 6.1　没有索引时进行查找 90 6.1.1　在一个页中查找 90 6.1.2　在很多页中查找 91 6.2　索引 91 6.2.1　一个简单的索引方案 92 6.2.2　InnoDB中的索引方案 94 6.2.3　InnoDB中B+树索引的注意事项 102 6.2.4　MyISAM中的索引方案简介 104 6.2.5　MySQL中创建和删除索引的语句 105 6.3　总结 106 第7章 B+树索引的使用 107 7.1　B+树索引示意图的简化 107 7.2　索引的代价 109 7.3　应用B+树索引 110 7.3.1　扫描区间和边界条件 110 7.3.2　索引用于排序 122 7.3.3　索引用于分组 125 7.4　回表的代价 126 7.5　更好地创建和使用索引 127 7.5.1　只为用于搜索、排序或分组的列创建索引 127 7.5.2　考虑索引列中不重复值的个数 127 7.5.3　索引列的类型尽量小 127 7.5.4　为列前缀建立索引 128 7.5.5　覆盖索引 129 7.5.6　让索引列以列名的形式在搜索条件中单独出现 129 7.5.7　新插入记录时主键大小对效率的影响 129 7.5.8　冗余和重复索引 130 7.6　总结 131 第8章　数据的家——MySQL的数据目录 132 8.1　数据库和文件系统的关系 132 8.2　MySQL数据目录 132 8.2.1　数据目录和安装目录的区别 132 8.2.2　如何确定MySQL中的数据目录 132 8.3　数据目录的结构 133 8.3.1　数据库在文件系统中的表示 133 8.3.2　表在文件系统中的表示 134 8.3.3　其他的文件 137 8.4　文件系统对数据库的影响 137 8.5　MySQL系统数据库简介 138 8.6　总结 138 第9章　存放页面的大池子——InnoDB的表空间 140 9.1　回忆一些旧知识 140 9.1.1　页面类型 140 9.1.2　页面通用部分 141 9.2　独立表空间结构 142 9.2.1　区的概念 142 9.2.2　段的概念 144 9.2.3　区的分类 145 9.2.4　段的结构 149 9.2.5　各类型页面详细情况 150 9.2.6　Segment Header结构的运用 156 9.2.7　真实表空间对应的文件大小 157 9.3　系统表空间 158 9.4　总结 164 第10章　条条大路通罗马——单表访问方法 166 10.1 访问方法的概念 167 10.2 const 167 10.3 ref 168 10.4 ref_or_null 170 10.5 range 171 10.6 index 171 10.7 all 172 10.8 注意事项 172 10.8.1 重温二级索引+回表 172 10.8.2　索引合并 173 10.9　总结 177 第11章　两个表的亲密接触——连接的原理 178 11.1　连接简介 178 11.1.1　连接的本质 178 11.1.2　连接过程简介 180 11.1.3　内连接和外连接 181 11.2　连接的原理 185 11.2.1　嵌套循环连接 186 11.2.2　使用索引加快连接速度 187 11.2.3　基于块的嵌套循环连接 188 11.3　总结 189 第12章　谁最便宜就选谁——基于成本的优化 190 12.1　什么是成本 190 12.2　单表查询的成本 190 12.2.1　准备工作 190 12.2.2　基于成本的优化步骤 191 12.2.3　基于索引统计数据的成本计算 198 12.3　连接查询的成本 201 12.3.1　准备工作 201 12.3.2　条件过滤（Condition Filtering） 201 12.3.3　两表连接的成本分析 203 12.3.4　多表连接的成本分析 205 12.4　调节成本常数 206 12.4.1　mysql.server_cost表 206 12.4.2　mysql.engine_cost表 208 12.5　总结 209 第13章　兵马未动，粮草先行——InnoDB统计数据是如何收集的 210 13.1　统计数据的存储方式 210 13.2　基于磁盘的永久性统计数据 211 13.2.1　innodb_table_stats 211 13.2.2　innodb_index_stats 214 13.2.3　定期更新统计数据 215 13.2.4　手动更新innodb_table_stats和innodb_index_stats表 216 13.3　基于内存的非永久性统计数据 217 13.4　innodb_stats_method的使用 217 13.5　总结 219 第14章　基于规则的优化（内含子查询优化二三事） 220 14.1　条件化简 220 14.1.1　移除不必要的括号 220 14.1.2　常量传递 220 14.1.3　移除没用的条件 221 14.1.4　表达式计算 221 14.1.5　HAVING子句和WHERE子句的合并 221 14.1.6　常量表检测 221 14.2　外连接消除 222 14.3　子查询优化 224 14.3.1　子查询语法 225 14.3.2　子查询在MySQL中是怎么执行的 230 14.4　总结 244 第15章　查询优化的百科全书——EXPLAIN详解 245 15.1　执行计划输出中各列详解 246 15.1.1　table 246 15.1.2　id 247 15.1.3　select_type 249 15.1.4　partitions 252 15.1.5　type 252 15.1.6　possible_keys和key 255 15.1.7　key_len 256 15.1.8　ref 258 15.1.9　rows 258 15.1.10　filtered 259 15.1.11　Extra 260 15.2　JSON格式的执行计划 266 15.3　Extented EXPLAIN 268 15.4　总结 269 第16章　神兵利器——optimizer trace的神奇功效 270 16.1 optimizer trace简介 270 16.2　通过optimizer trace分析查询优化器的具体工作过程 271 第17章　调节磁盘和CPU的矛盾——InnoDB的Buffer Pool 278 17.1　缓存的重要性 278 17.2　InnoDB的Buffer Pool 278 17.2.1　啥是Buffer Pool 278 17.2.2　Buffer Pool内部组成 278 17.2.3　free链表的管理 279 17.2.4　缓冲页的哈希处理 280 17.2.5　flush链表的管理 281 17.2.6　LRU链表的管理 282 17.2.7　其他的一些链表 286 17.2.8　刷新脏页到磁盘 287 17.2.9　多个Buffer Pool实例 287 17.2.10　innodb_buffer_pool_chunk_size 288 17.2.11　配置Buffer Pool时的注意事项 289 17.2.12　查看Buffer Pool的状态信息 291 17.3　总结 293 第18章　从猫爷借钱说起——事务简介 294 18.1　事务的起源 294 18.1.1　原子性（Atomicity） 295 18.1.2　隔离性（Isolation） 295 18.1.3　一致性（Consistency） 296 18.1.4　持久性（Durability） 298 18.2　事务的概念 298 18.3　MySQL中事务的语法 300 18.3.1　开启事务 300 18.3.2　提交事务 301 18.3.3　手动中止事务 302 18.3.4　支持事务的存储引擎 302 18.3.5　自动提交 303 18.3.6　隐式提交 304 18.3.7　保存点 305 18.4　总结 307 第19章　说过的话就一定要做到——redo日志 308 19.1　事先说明 308 19.2　redo日志是啥 308 19.3　redo日志格式 309 19.3.1　简单的redo日志类型 309 19.3.2　复杂一些的redo日志类型 311 19.3.3　redo日志格式小结 314 19.4　Mini-Transaction 315 19.4.1　以组的形式写入redo日志 315 19.4.2　Mini-Transaction的概念 319 19.5　redo日志的写入过程 319 19.5.1　redo log block 319 19.5.2　redo日志缓冲区 320 19.5.3　redo日志写入log buffer 321 19.6　redo日志文件 323 19.6.1　redo日志刷盘时机 323 19.6.2　redo日志文件组 323 19.6.3　redo日志文件格式 324 19.7　log sequence number 327 19.7.1　flushed_to_disk_lsn 328 19.7.2　lsn值和redo日志文件组中的偏移量的对应关系 330 19.7.3　flush链表中的lsn 330 19.8　checkpoint 332 19.9　用户线程批量从flush链表中刷出脏页 335 19.10　查看系统中的各种lsn值 335 19.11　innodb_flush_log_at_trx_commit的用法 336 19.12　崩溃恢复 336 19.12.1　确定恢复的起点 337 19.12.2　确定恢复的终点 337 19.12.3　怎么恢复 337 19.13　遗漏的问题：LOG_BLOCK_HDR_NO是如何计算的 339 19.14　总结 340 第20章　后悔了怎么办——undo日志 342 20.1　事务回滚的需求 342 20.2　事务id 343 20.2.1　分配事务id的时机 343 20.2.2　事务id是怎么生成的 343 20.2.3　trx_id隐藏列 344 20.3　undo日志的格式 344 20.3.1　INSERT操作对应的undo日志 345 20.3.2　DELETE操作对应的undo日志 347 20.3.3　UPDATE操作对应的undo日志 353 20.3.4　增删改操作对二级索引的影响 357 20.4　通用链表结构 357 20.5　FIL_PAGE_UNDO_LOG页面 359 20.6　Undo页面链表 361 20.6.1　单个事务中的Undo页面链表 361 20.6.2　多个事务中的Undo页面链表 362 20.7　undo日志具体写入过程 363 20.7.1　段的概念 363 20.7.2　Undo Log Segment Header 364 20.7.3　Undo Log Header 365 20.7.4　小结 367 20.8　重用Undo页面 368 20.9　回滚段 369 20.9.1　回滚段的概念 369 20.9.2　从回滚段中申请Undo页面链表 371 20.9.3　多个回滚段 372 20.9.4　回滚段的分类 374 20.9.5　roll_pointer的组成 374 20.9.6　为事务分配Undo页面链表的详细过程 375 20.10　回滚段相关配置 376 20.10.1　配置回滚段数量 376 20.10.2　配置undo表空间 376 20.11　undo日志在崩溃恢复时的作用 377 20.12　总结 377 第21章　一条记录的多副面孔——事务隔离级别和MVCC 379 21.1 事前准备 379 21.2 事务隔离级别 379 21.2.1 事务并发执行时遇到的一致性问题 382 21.2.2 SQL标准中的4种隔离级别 385 21.2.3　MySQL中支持的4种隔离级别 386 21.3　MVCC原理 388 21.3.1　版本链 388 21.3.2　ReadView 390 21.3.3　二级索引与MVCC 397 21.3.4　MVCC小结 397 21.4　关于purge 398 21.5　总结 399 第22章 工作面试老大难——锁 401 22.1　解决并发事务带来问题的两种基本方式 401 22.1.1　写-写情况 401 22.1.2 读-写或写-读情况 403 22.1.3　一致性读 404 22.1.4　锁定读 404 22.1.5　写操作 405 22.2　多粒度锁 406 22.3　MySQL中的行锁和表锁 408 22.3.1　其他存储引擎中的锁 408 22.3.2　InnoDB存储引擎中的锁 409 22.3.3　InnoDB锁的内存结构 417 22.4　语句加锁分析 423 22.4.1　普通的SELECT语句 423 22.4.2　锁定读的语句 424 22.4.3　半一致性读的语句 441 22.4.4　INSERT语句 442 22.5　查看事务加锁情况 444 22.5.1　使用information_schema数据库中的表获取锁信息 444 22.5.2　使用SHOW ENINGE INNODB STATUS获取锁信息 446 22.6　死锁 450 22.7　总结 454 参考资料 455

为什么这个SQL语句执行得这么慢？为什么我明明建立了索引，但是查询计划显示没用？为什么IN查询中的参数一多就不使用索引了？为什么我的数据显示成了乱码？……每一位DBA和后端开发人员在与MySQL打交道时，或多或少都会遇到这些问题。之外，索引结构、MVCC、隔离级别的实现、锁的使用等知识，也是求职人员在MySQL面试中躲不过去的高频问题。 本书采用诙谐幽默、通俗易懂的写作风格，针对上面这些问题给出了相应的解答方案。尽管本书的表达方式与司空见惯的学术派、理论派IT图书有显著区别，但本书的确是相当正经的专业技术图书，内容涵盖了使用MySQL的同学在求职面试和工作中常见的一些核心概念。无论是身居MySQL专家身份的技术人员，还是技术有待进一步提升的DBA，甚至是刚投身于数据库行业的“萌新”人员，本书都是他们彻底了解MySQL运行原理的优秀图书。

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