dev-protocol/database/mysql/README.md

# MySQL 高级


## 1. 系统是怎么和 MySQL 打交道 ?
- MySQL不仅仅是CRUD

### 1.1 MySQL 驱动
- mysql 驱动是跟数据库进行的一个网络连接建立工具
- 不同的语言有不同的驱动使用

### 1.2 数据库连接池
- 作用是减少连接的重复建立和销毁，让线程去执行SQL语句后, 不要销毁这个数据库连接，而是放在池子中进行复用
- 常见的数据库连接池有: DBCP，C3P0，Druid

## 2. 执行 SQL 语句, MySQL用了什么架构设计？
- 一个不变的原则: 网络连接必须让线程来处理
![MySQL架构设计](pic/MySQL架构设计.png)
- SQL 接口: 负责处理接收到的SQL语句
- 监听请求以及读取请求数据的线程, 把解析好的SQL语句v转交给SQL接口去执行
- 查询解析器: 按照估计的SQL语法, 对我们发送的 SQL 语句进行解析, 理解其要进行的操作
- 查询优化器: 生成查询路径树, 然后从里面选择一条最优的查询路径
- 调用存储引擎, 真正的执行 SQL 语句
- MySQL 的设计架构中, SQL接口, SQL解析器, 查询优化器其实都是通用的,就是一套组件
- 存储引擎可以供我们去选择, 选择那种存储引擎来执行SQL。常见的存储引擎: InnoDB, MyISAM, Memory等。
- 执行器: 执行器会根据我们的优化器生成一套执行计划, 然后不停的调用存储引擎的各种接口去完成SQL语句的执行计划

## 3. 用一次数据更新流程, 了解 InnoDB 引擎的架构设计

### 3.1 InnoDB 的重要内存结构: 缓冲池
![缓冲池](pic/缓冲池.png)
- InnoDB 的很重要放在内存里面的组件, 里面会缓冲很多数据, 在查询时候, 如果查的是内存中的数据, 就不用去查盘了
![缓冲池加载](pic/缓冲池加载.png)
- 引擎在更新语句的时候, 比如 "id=10" 这行数据是否在缓冲池中, 如果不在就从磁盘中加载到缓冲池, 而且还会对这行数据加独占锁

### 3.2 undo日志文件: 如何让你更新的数据可以回滚?
![undo日志](pic/undo日志.png)
- 我们开发中可以轻松地利用事务对数据提交的过程进行回滚操作，是因为会把更新前的值写入到undo日志文件中

### 3.3 更新 buffer pool 中的缓存数据
- 当我们要把更新的那行记录从磁盘文件加载到缓冲池, 同时对他加锁, 而且还把更新前的旧值写入undo日志文件之后, 我们才正式开始更新
  这行记录, 更新的时候, 先会更新缓冲池中的记录, 此时这个数据是脏数据
- 这里所谓的更新内存缓冲池里的数据, 意思是把内存里的 "id=10" 这行数据的name修改为 "xxx"
- 为什么说是脏数据呢?
  - 因为这个时候磁盘上 "id=10" 这行数据的name字段还是以前的值, 但是内存里面这行数据已经改变了, 所以称为脏数据
![更新buffer-pool中的缓存数据](pic/更新bufferpool中的缓存数据.png)

### 3.4 Redo Log Buffer: 万一系统宕机, 如何避免数据丢失？
- 在 3.3 中如果此时宕机, 会导致内存中改过的数据丢失, 怎么办?
  - 这个时候,就必须把对内存的修改写到一个Redo Log Buffer 中, 这也是内存里的一个缓冲区, 是用来存放 redo 日志的
  - 所谓 redo 日志,就是记录你对数据做了什么修改, 比如对 "id=10这行记录修改了name字段的值为xxx", 这就是一个日志
![redo日志](pic/redo日志.png)
- 这个 redo 日志其实是用来在 MySQL 突然宕机的时候, 用来恢复你更新过的数据, 现在redo日志还仅仅停留在内存缓冲里

### 3.5 如果还没提交事务, MySQL 宕机了怎么办?
- 执行一条SQL语句, 其实也可以是一个独立的事务, 当你提交事务后, SQL语句才算执行结束
- 此时还没有提交事务, 如果此时 MySQL 崩溃, 必然导致内存里 Buffer Pool 中的修改过的数据都丢失, 
  同时你写入 Redo Log Buffer 中的redo日志也会丢失<br/>
![没提交事务宕机](pic/没提交事务宕机.png)
- 此时, 丢数据不要紧, 因为你一条更新语句, 没提交事务, 就代表他没执行成功, 磁盘上的数据没有改变, mysql 重启后, 你的数据无任何变化

### 3.6 提交事务的时候将redo日志写入磁盘中
- 我们提交一个事务, 此时会根据一定的策略把redo日志从 redo log buffer里刷入到磁盘文件里去
- 这个策略是通过 innodb_flush_log_at_trx_commit 来配置的
- 当这个值为0时候, 你提交事务的时候,不会把redo log buffer里面的数据刷入磁盘文件,此时可能你都提交事务了, 结果MySQL宕机了, 然后此时内存里的数据全部丢失
  相当于你提交事务成功了, 但是由于MySQL突然宕机, 导致内存中的数据和redo日志都丢失了<br/>
![redo写磁盘0](pic/redo写磁盘0.png)
- 当这个参数值为1的时候, 你提交事务的时候, 就必须把redo log从内存刷入到磁盘文件中去, 只要事务提交成功, 那么redo log就必然在磁盘里了
![redo写磁盘1](pic/redo写磁盘1.png)
- 只要提交事务成功, redo日志一定在磁盘文件中了, 此时你肯定会有一条redo日志说了, "我对什么数据进行了一个什么操作"
- 然后哪怕此时buffer pool中更新过的数据还没刷到磁盘里面去,此时内存中的数据是已经更新过的"name=xxx",然后磁盘上的数据是还没更新过的"name=zhangsan"
![redo写磁盘3](pic/redo写磁盘3.png)
- 此时不会丢数据, 因为redo日志中已经记录了操作
- 所以此时mysql重启后, 可以根据redo日志去恢复之前做的修改
![redo写磁盘4](pic/redo写磁盘4.png)
- 如果 innodb_flush_log_at_trx_commit 值为2
- 意思是说, 提交事务的时候, 把redo日志写入磁盘文件对应的os cache缓存里去, 而不是直接进入磁盘文件, 可能1秒后才会把 os cache 里的数据写入到磁盘文件中去
- 这种模式下,你提交了事务, redo log可能仅仅停留在os cache内存缓存中, 没实际进入磁盘文件, 万一此时你要是机器宕机了, 那么os cache里的redo log就会丢失
  同样让你感觉提交了事务, 数据丢了
![redo写磁盘5](pic/redo写磁盘5.png)

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- 总结: 对于redo日志的三种刷盘策略, 我们的通常建议是1, 保证事务提交后, 数据绝对不能丢失
## 4. 聊聊binlog是什么?

### 4.1 binlog 日志概念
- binlog 日志叫做归档日志, 他里面记录的是偏向于逻辑性的日志, 类似于“对users表中的id=10的一行数据做了更新操
  作，更新以后的值是什么”
- binlog不是InnoDB存储引擎特有的日志文件，是属于mysql server自己的日志文件。

### 4.2 提交事务, 同时会写入binlog日志
![写入binlog日志](pic/写入binlog日志.png)
- 跟InnoDB存储引擎进行交互的组件加入了之前提过的执行器这个组件，
  他会负责跟InnoDB进行交互，包括从磁盘里加载数据到Buffer Pool中进行缓存，包括写入undo日志，包括更新
  Buffer Pool里的数据，以及写入redo log buffer，redo log刷入磁盘，写binlog，等等。
- 执行器是非常核心的一个组件，负责跟存储引擎配合完成一个SQL语句在磁盘与内存层面的全部数据更新操
  作。
- 把一次更新语句的执行，拆分为了两个阶段，上图中的1、2、3、4几个步骤，其实本质是你执行这个更新语句的时候干的事。
- 5和6两个步骤，是从你提交事务开始的，属于提交事务的阶段了。

### 4.3 binlog日志的刷盘策略分析
- binlog日志，其实也有不同的刷盘策略，有一个**sync_binlog**参数可以控制binlog的刷盘策略，他的默认值是0，
  此时你把binlog写入磁盘的时候，其实不是直接进入磁盘文件，而是进入os cache内存缓存
- 如果此时机器宕机，那么你在os cache里的binlog日志是会丢失的
![binlog日志刷盘](pic/binlog日志刷盘.png)
- 如果要是把sync_binlog参数设置为1的话，那么此时会强制在提交事务的时候，把binlog直接写入到磁盘文件里去，
  那么这样提交事务之后，哪怕机器宕机，磁盘上的binlog是不会丢失的
![binlog日志刷盘1](pic/binlog日志刷盘1.png)

### 4.3 基于binlog和redo log完成事务的提交
- 当我们把binlog写入磁盘文件之后，接着就会完成最终的事务提交，此时会把**本次更新对应的binlog文件名称**和这次
  **更新的binlog日志在文件里的位置**，都写入到redo log日志文件里去，同时在redo log日志文件里写入一个**commit标记**。

### 4.4 最后一步在redo日志中写入commit标记的意义是什么?
- 用来保持redo log日志与binlog日志一致的
- 完整的事物提交成功, 必须是在redo log中写入最终的事务commit标记了，而且redo log里有本次更新对应的日 志，binlog里也有本次
  更新对应的日志 ，redo log和binlog完全是一致的。

### 4.5 后台IO线程随机将内存更新后的脏数据刷回磁盘
- 已经提交事务, 他已经把内存里的 buffer pool中的缓存数据更新了，同时磁盘里有redo日志和binlog日志都记录的新值,但是磁盘上可能还是旧值？
- 因为MySQL有一个后台的IO线程，会在之后某个时间里，随机的把内存buffer pool中的修改后的脏数据给刷回到磁 盘上的数据文件里去
![IO线程随机更新](pic/IO线程随机更新.png)
- 在你IO线程把脏数据刷回磁盘之前，哪怕mysql宕机崩溃也没关系，因为重启之后，会根据redo日志恢复之前提交事 务做过的修改到内存里去，
  就是id=10的数据的name修改为了xxx，然后等适当时机，IO线程自然还是会把这个修改后的数据刷到磁盘上的数据文件里去的

### 4.6 总结
- InnoDB存储引擎: buffer pool、redo log buffer等内存里的缓存数据, undo日志文件, redo日志文件, 同时mysql server自己还有 binlog日志文件
- 在你执行更新的时候，每条SQL语句，都会对应修改buffer pool里的缓存数据、写undo日志、写redo log buffer几个步骤
- 当你提交事务的时候，一定会把redo log刷入磁盘，binlog刷入磁盘，完成redo log中的事务commit标记；最后后台的IO线程会随机的把buffer pool里的脏数据刷入磁盘里去。


## 生产经验: 真实生产环境下的数据库机器配置如何规划？

### 普通的Java应用系统部署在机器上能抗多少并发？ 
- Java应用系统部署的时候常选用的机器配置大致是2核4G和4核8G的较多一些，数据库部署的时候常选用的机器配置最低在8核16G以上，正常在16核32G
- 一台机器能抗下每秒多少请求，往往是跟你每个请求处理耗费多长时间是关联的
- 4核8G的机器部署普通的Java应用系统，每秒大致就是抗下几百的并发访问，从每秒一两百请求到每秒七八百请求，都是有可能的，关键是看你每个请求处理需要耗费多长时间。

### 高并发场景下，数据库应该用什么样的机器？
- 往往对一个数据库而言，都是选用8核16G的机器作为起步，最好是选用16核32G的机器更加合适一些，因为数据库需要执行大量的磁盘IO操作，
  他的每个请求都比较耗时一些，所以机器的配置自然需要高一些了
- 一般8核16G的机器部署的MySQL数据库，每秒抗个一两千并发请求是没问题的，但是如果你 的并发量再高一些，假设每秒有几千并发请求，那么可能数据库就会有点危险了，因为数据库的CPU、磁盘、IO、内存的负载
  都会很高，弄不数据库压力过大就会宕机。
- 对于16核32G的机器部署的MySQL数据库而言，每秒抗个两三千，甚至三四千的并发请求也都是可以的，但是如果你达到每秒上万请求，
  那么数据库的CPU、磁盘、IO、内存的负载瞬间都会飙升到很高，数据库也是可能会扛不住宕机的。
- 对于数据库而言，如果可以的话，最好是采用SSD固态硬盘而不是普通的机械硬盘，因为数据库最大的复杂就在于大量的 磁盘IO，他需要大量的读写磁盘文件，
  所以如果能使用SSD固态硬盘，那么你的数据库每秒能抗的并发请求量就会更高一些。

## 生产经验：互联网公司的生产环境数据库是如何进行性能测试的？

### QPS和TPS到底有什么区别？
- QPS，他的英文全称是：Query Per Second。
  - QPS就是说，你的这个数据库每秒可以处理多少个请求，你大致可以理解为，一次请求就是一条SQL语句，也就是说这个数据库每秒可以处理多少个SQL语句
- TPS，他的英文全称是：Transaction Per Second
  - 其实就是每秒可处理的事务量，这个TPS往往是用在数据库中较多一些，其实从字面意思就能看的出来，他就是说数据库每秒会处理多少次事务提交或者回滚。
- PS: 不同的服务或者系统, 关注的是QPS还是TPS是不一样的。

### IO相关的压测性能指标
- IOPS
  - 这个指的是机器的随机IO并发处理的能力，比如机器可以达到200 IOPS，意思就是说每秒可以执行200个随机 IO读写请求
  - 这个指标是很关键的，你在内存中更新的脏数据库，最后都会由后台IO线程在不确定的时间，刷回到磁盘里去，这就是随机IO的过程。
  - 如果说IOPS指标太低了，那么会导致你内存里的脏数据刷回磁盘的效率就会不高。
- 吞吐量
  - 这个指的是机器的磁盘存储每秒可以读写多少字节的数据量
  - 这个指标也是很关键的，我们平时在执行各种SQL语句的时候，提交事务的时候，其实都是大量的会写redo log之类的日志的，这些日志都会直接写磁盘文件。
  - 一台机器他的存储每秒可以读写多少字节的数据量，就决定了他每秒可以把多少redo log之类的日志写入到磁盘里去。
  - 一般来说我们写redo log之类的日志，都是对磁盘文件进行顺序写入的，也就是一行接着一行的写，不会说进行随机的读写
  - 一般普通磁盘的顺序写入的吞吐量每秒都可以达到200MB左右
  - 所以通常而言，机器的磁盘吞吐量都是足够承载高并发请求的。
- latency
  - 这个指标说的是往磁盘里写入一条数据的延迟
  - 这个指标同样很重要，因为我们执行SQL语句和提交事务的时候，都需要顺序写redo log磁盘文件，所以此时你写一条日志到磁盘文件里去，
    到底是延迟1ms，还是延迟100us，这就对你的数据库的SQL语句执行性能是有影响的。
  - 一般来说，当然是你的磁盘读写延迟越低，那么你的数据库性能就越高，你执行每个SQL语句和事务的时候速度就会越快。

### 压测的时候要关注的其他性能指标
- CPU负载
  - CPU负载是一个很重要的性能指标，因为假设你数据库压测到了每秒处理3000请求了，可能其他的性能指标都还正常，但是此时CPU负载特别高，
    那么也说明你的数据库不能继续往下压测更高的QPS了，否则CPU是吃不消的
- 网络负载
  - 这个主要是要看看你的机器带宽情况下，在压测到一定的QPS和TPS的时候，每秒钟机器的网卡会输入多少
    MB数据，会输出多少MB数据，因为有可能你的网络带宽最多每秒传输100MB的数据，那么可能你的QPS到1000的时候，网
    卡就打满了，已经每秒传输100MB的数据了，此时即使其他指标都还算正常，但是你也不能继续压测下去了
- 内存负载
  - 这个就是看看在压测到一定情况下的时候，你的机器内存耗费了多少，如果说机器内存耗费过高了，说明也不能继续压测下去了