MySQL 基本原理和架构(通俗易懂)

news/2025/12/6 14:15:02/文章来源:https://www.cnblogs.com/xfydaydayup/p/19315703

🚀 一句话先把全貌讲清楚(你一定要先有画面)

MySQL 就是一台小型“仓库 + 快递中心”:
里面有货架(表),
有仓库管理员(存储引擎),
有前台接单员(SQL 层),
有账本(redo / undo),
有锁(控制别人别乱动),
有安全员(权限系统),
有高速缓存区(Buffer Pool)。

你对这个图用对了劲儿之后,再看任何 MySQL 机制,都能对应到仓库类比里,就不会迷糊。


🍜 第一层:客户端怎么和 MySQL 打交道(接单员)

你写一句 SQL:

SELECT * FROM user WHERE id = 10;

就像是打电话给“前台接单员”。

接单员会干这几件事:

  1. 你是谁?有权限吗?
    → 权限系统(Authentication + Authorization)

  2. 你说的话到底是什么意思?
    → 解析器(Parser)

  3. 你想查数据,怎么查最划算?
    → 优化器(Optimizer)

  4. 你是真的要查数据,我去仓库调人做事了。
    → 执行器(Executor)

SQL 层永远干“不动数据本身,只决定怎么查”的事情。


🏭 第二层:真正干活的是存储引擎(仓库管理员)

MySQL 最重要的一个点:SQL 层 + 存储引擎是分离的。

就像公司只有一个前台接单员,但仓库管理员可以换(InnoDB / MyISAM / RocksDB)。

而生产环境 99% 情况使用 InnoDB
它才是:

  • 管内存缓存(Buffer Pool)
  • 管事务(ACID)
  • 管锁
  • 管索引结构(B+Tree)
  • 管日志(Redo / Undo)
  • 管数据落盘

数据真正怎么存、怎么取、怎么加锁,全在它。

你可以理解成:
前台接电话的是 SQL 层,
但真正搬货、记账、锁库房的是 InnoDB。


📦 第三层:InnoDB 的关键部件(整个 MySQL 的灵魂)

这里我用你能秒懂的类比来讲:


🔥 1)Buffer Pool(高速缓存区)——“仓库里的快速取货区”

大部分查询都是 直接从内存读
不是每次都去磁盘翻箱倒柜。

你的数据页只要进了 Buffer Pool,你就体验到“哇,MySQL 真快”。

写入也是先写内存,然后记账(redo log),最后慢慢落盘。


🧾 2)Redo Log(做增删改时记录:我准备这样改)——“操作流水账”

你更新数据时:

UPDATE user SET money = 100 WHERE id = 1;

InnoDB 做两件事:

  1. 内存页(Buffer Pool)
  2. redo log(物理日志)

redo log 是为了“断电后能恢复内存中的修改”。

这是 crash recovery 的核心。


🔄 3)Undo Log(记录旧值)——“悔账用的笔记本”

undo log 负责:

  • 回滚:撤销事务时用它
  • MVCC:实现“读快照”,不用锁住整行

你读已提交读(RC)或可重复读(RR),读到的都是 旧版本快照,来源就是 undo log。


🔐 4)锁(Locks)

InnoDB 里锁不是简单“给行加个锁”,而是一整套:

  • 行锁(常用)
  • 间隙锁(防止幻读)
  • 记录锁、临键锁(RR 的精髓)
  • 意向锁(表级快速判断)

这玩意你只要理解:

锁只是保护数据结构(B+Tree)的完整性,不是保护你的业务逻辑。


🌳 5)B+Tree 索引(InnoDB 的佛祖级设计)

核心点:

  • 叶子节点按顺序链表连接 → 范围查询爽!
  • 每页默认 16KB → 一个节点能容纳超多 key
  • 整体极深但极“矮”,查询速度稳定:O(logN)

几千万行也就 3 层高度。


🧭 MySQL 查询的真实过程(你写的 SQL 是怎么“走”的)

整个流程你脑子里要有图:

客户端↓
SQL 层:解析 → 优化 → 执行↓
InnoDB:索引查找 → 数据页 → Buffer Pool↓
结果返回

写操作稍微复杂一点:

写内存页(Buffer Pool)↓
写 redo log(保证崩溃恢复)↓
写 undo log(回滚/MVCC)↓
之后由后台慢慢把脏页 flush 到磁盘

🎯 为什么你写不好 SQL?因为你脑子里没有这个图

Java 工程师最容易犯的错误就是:

  • 以为索引就是“查得快”
  • 以为事务就是 BEGIN/COMMIT
  • 以为锁是“被我控制的”
  • 以为 MySQL 是“实时写盘”

其实真正的执行机制完全不同。

当你有了上面这套架构图,接下来学任何 MySQL 细节都不会迷。


⚡ 我建议你接着学的顺序(适合你 Java 背景)

我给你一个工程师友好的学习路线,只讲你未来面试和项目会用到的:

1️⃣ Buffer Pool + 页结构(理解为什么随机查会慢)
2️⃣ B+Tree(理解索引为什么这样做)
3️⃣ Redo / Undo / WAL(为什么 MySQL 写比读复杂)
4️⃣ MVCC 机制(RC / RR 的真正区别)
5️⃣ 锁(为什么会死锁)
6️⃣ 事务(ACID → MySQL 内部是怎么实现的)
7️⃣ SQL 优化(覆盖索引 / 回表 / 下推 / join 原理)

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