重生之从零设计 MySQL 架构
我叫萧剑臣，今年 34 岁，2024 年快接近尾声，在一线城市「浅圳」打拼，在一家名叫「网讯」的互联网大厂工作，是一名资深后端架构师。
已经连续加班到 23:00 半年多才下班，现在已是亥时，push 完代码后拿出我在「拼夕夕」买的 「zippo」火机点上一支烟，看着它逐渐没有痕迹，空气中闻到一股股淡淡的味道。
我弹落的烟灰如此的黯然，黯然如我，思绪万千。我闭上眼睛就是天黑，一种撕裂的感觉。
我掐灭了烟头，又重新点上一支烟，沉浸在淡蓝色的烟雾中，是那么的温柔，那么的迷蒙，那么的深情。
Christina，我想起你了，发信息给你的手在键盘敲很轻，我给的思念很小心。
你说：我们不适合，每天 996，起得比鸡早，睡得比狗晚，每天忙忙碌碌。天天加班，肚子那么大，头发那么少，血糖高、尿素高、脂肪肝。
回到工位，我写下了一段愿望，希望世间再无 996，多金身材好，女朋友漂亮，左拥右抱….
或许是因为长期加班的缘故。忽然，我只觉心里难受，胸闷气短，眼前一片黑，我想要努力的睁开眼睛，可是却什么都看不见，逐渐听不见周边的声音……
重生
当我醒来睁开眼睛的时候，我看到办公桌的电脑长这个样子。
啥情况，我猝死了还是穿越了？还在我一脸懵逼的时候……
系统提示：萧剑臣，你已经 dead 过一次了，现在在另一个世界获得重生，你需要在这个世界完成一个任务，设计一款数据库 MySQL，就能就能回到原来的世界，迎娶白富美，脱离 996，并且在这个世界的成就也能带回原来的世界。
打开这个电脑一看，时间是 1979 年。那时 Bill Gates 退学没多久，微软公司也才刚刚起步，世间还没有 996 和福报，没有过劳猝死……
这个狗血，我居然重生了，我的机会来了……
1990 年，我接到了一个项目，客户需要为当时的 UNIREG 提供更加通用的 SQL 接口，公司的另一个团队负责人「郝纪晓」提议直接使用商用数据库。
重生后的第一个副本出现了，我不能让「郝纪晓」的提议达成，否则将永远 「狗 dead」。
经过一番测试后，我发现商用数据库的速度并不尽如人意，无法满足客户的需求。于是我联合 Monty Widenius，他雄心大起，设计一个数据库的任务就此开始……
MySQL 架构设计
脑子里有 MySQL 8.0 版本的架构设计思路，我在这里岂不是如鱼得水，起飞，起飞，必须起飞。于是我把 MySQL 的架构设计图画了出来，如图 1-1 所示。
图 1-1
看到如此层级的架构设计，分层明确，职责清晰，众人惊呆了！！
但郝纪晓不懈的说到：划分这么多层，有什么意义？该不会是脱裤子放屁多此一举吧。
我心想，难道这是副第一个关卡出现的一个 boss，我看了看他的工牌，上面写着资深架构师——郝纪晓。
系统提示音：新手任务，画出 MySQL 系统架构设计图，并解释每一层以及每层组件的主要作用，让众人理解并清晰认识该架构，让大家按照此架构开发。
好家伙，这个任务难度不大，我自信的给众人解释到：这个数据库名叫 MySQL，至上而下一共分为四层，重点是 Server 服务层和存储引擎层。
客户端由不同语言开发的客户端，Server 层包括连接池、安全管理、线程管理、缓存、SQL 接口、解析器、优化器等，涵盖了 MySQL 的大多数核心功能。
而存储引擎层负责数据的存储的读取。这是一个插件式架构，支持 InnoDB、MyISAM、Memory 等多个存储引擎。
客户端 Client
这是一个 CS 架构，支持各种语言的客户端连接器连接到数据库，比如 Java、C++、JDBC 等。同时也支持 Shell 脚本直接连接。
Server 服务层
这一层至关重要，里面还还会划分为「连接与安全管理」和「SQL 解析和优化」两大模块。
服务层是 MySQL 中的核心组件，负责提供各种数据库操作所需的基本功能，如 SQL 语法处理、事务管理、锁管理等。
连接与安全管理
当客户端发送连接请求时，MySQL 服务器会在连接与安全管理接收请求，分配一个线程来处理该连接，随后进行身份验证。具体的功能如下：
当客户端发起连接请求时，MySQL 会创建一个专用的线程（以操作系统级别的线程实现）来为该客户端服务。
MYSQL 对 TCP 传输过来的账号密码做身份认证、权限获取（例如，是否允许客户端对 world 数据库中的 Country 表执行 SELECT 语句）。验证通过，查询账户拥有的权限，并缓存起来。此链接是一个长链接
对于 TCP 链接，MySQL 采用池化技术，节省了 TCP 链接创建和销毁的成本。
一个客户端请求，必须要分配一个线程专门与客户端进行交互，所以还有个线程池，每一个链接从线程池中获取一个线程，省去了创建和销毁线程的开销。把线程池占满了，再连就报连接满了。
SQL 解析和优化
SQL Interface(SQL 接口，用来接受用户的 SQL 命令，并返回需要的结果。比如 select from 就是调用 SQL Interface。
Parse 解析器
MySQL 解析查询以创建内部数据结构（解析树），然后对其进行各种优化，包括重写查询、决定表的读取顺序，以及选择合适的索引等。
Optimizer 优化器
通过语法解析,MySQL 知道你的真实意图了，但你写的 SQL 不一定是高效的。
查询之前会使用查询优化器确定 SQL 语句的执行路径，生成一个执行计划，这个执行计划表明使用哪些索引进行查询。
Caches & Buffers 缓冲区
MySQL 内部维持着一些 Cache 和 Buffer，这个缓存机制是由一系列小缓存组成的。比如表缓存，记录缓存，key 缓存，权限缓存等。这个查询缓存可以在 不同客户端之间共享。
查询缓存：当相同的 SQL 查询被多次执行时，可以从查询缓存中直接获取结果，提高性能。由于 MySQL 8.0 中已移除了查询缓存功能，使用者需要自行实现相关功能，如使用 Redis、Memcached 等中间缓存系统。
表缓存：用于存储表的元数据，如表的结构定义。当查询需要表信息时，优先从表缓存中获取，避免磁盘操作。
线程缓存：用于复用服务器的连接线程。当一个连接关闭后，它的线程会被放回线程缓存池中，供新的连接使用。线程池意味着减少了创建和销毁线程的开销。
缓冲池：主要用于 InnoDB 存储引擎，缓冲池管理缓存的数据页，包括数据和索引。当需要访问这些页时，可以直接从缓冲池读取，提高访问速度。
buffer 与 cache 的区别?
简单的说就是，buffer 是写缓存，cache 是读缓存。
存储引擎层
存储引擎层负责存储数据和执行 SQL 语句。MySQL 支持多种存储引擎，每种引擎各有特点，根据实际需求进行选用。当然，只要没有非常明确的特殊需求就不需要更改存储引擎，因为 InnoDB 在大部分场景下都比其他引擎更加适用。
InnoDB：InnoDB 是 MySQL 的默认存储引擎，提供了事务支持、行级锁定、外键约束等功能，主要用于高并发、高可靠性的 OLTP 场景。
MyISAM：MyISAM 通常用于只读数据表，适用于简单查询和全文索引。其不支持事务、行级锁等功能，适用于 OLAP 场景。
Memory：Memory 存储引擎支持哈希和 B 树索引，它将数据存储在内存中，易受到系统断电或宕机等影响，具有较高的写性能但不适用于大规模数据分布。
其他存储引擎：MySQL 还支持如 Archive、NDB Cluster 等其他存储引擎，它们分别适用于存档表、分布式数据库等不同场景。
我们可以在 SQL 命令行中执行 show engines; 来查看当前支持的存储引擎：
mysql> show engines;
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| Engine | Support | Comment | Transactions | XA | Savepoints |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
| FEDERATED | NO | Federated MySQL storage engine | NULL | NULL | NULL |
| MEMORY | YES | Hash based, stored in memory, useful for temporary tables | NO | NO | NO |
| InnoDB | DEFAULT | Supports transactions, row-level locking, and foreign keys | YES | YES | YES |
| PERFORMANCE_SCHEMA | YES | Performance Schema | NO | NO | NO |
| MyISAM | YES | MyISAM storage engine | NO | NO | NO |
| MRG_MYISAM | YES | Collection of identical MyISAM tables | NO | NO | NO |
| BLACKHOLE | YES | /dev/null storage engine (anything you write to it disappears) | NO | NO | NO |
| CSV | YES | CSV storage engine | NO | NO | NO |
| ARCHIVE | YES | Archive storage engine | NO | NO | NO |
+--------------------+---------+----------------------------------------------------------------+--------------+------+------------+
9 rows in set (0.00 sec)文件系统层
文件系统由各操作系统提供，MySQL 将其持久化的数据物理存储在磁盘上，持久化保存数据、索引、binlog、redo log、undo log、error 日志、慢 sql 等；
总结
服务层的连接和安全管理：用户与 MYSQL 服务进行 TCP 链接，校验用户身份，用户权限。
服务层的 SQL 解析和优化：用户写的 SQL 语句会到服务层进行解析，生成语法树。优化 SQL 语句，生成执行计划。
引擎层：真正与磁盘进行交互，对数据进行存储和读取。
最后，我再附上一张在我原来的世界尤其盛行的架构图，与 图 1-1 最大的差别是这次用英文，如图 1-2 所示。
图 1-2
我说完之后，众人纷纷对我称赞。CTO 觉得我的架构设计考虑的太周全了，立马从 T3 晋升为 T4，薪资涨了 20%……
故事还没结束，结构图出来以后，郝纪晓说道：架构图虽然不错，可是还有很多问题并没提及，我们是实干主义，不是写个架构图就能忽悠的。
一条查询、insert、update、delete 语句的执行流程是怎样的？
并发如何控制？
事务如何处理？
Server 层与存储引擎层之间如何保证故障恢复？
binlog、redo log、undo log 都是什么玩意？
磁盘很慢，如何将 读写的随机 I/O 操作变成顺序写保证 数据库性能？
重生之后面对的困难也不简单，这么多问题需要解决，好在我那个世界钻研过 MySQL 技术。我绞尽脑汁的回顾之前学过的 MySQL 技术，希望在这个世界不要就这么 go dead……，还要迎娶白富美......
后续看我如何一步步闯关，大家点赞关注，我们下集再见。
点击上方卡片，关注我，系统化学习 MySQL。本专栏每周更新......
参考资料
https://www.cnblogs.com/novwind/p/17489997.html
https://cloud.tencent.com/developer/article/1981543
《高性能 MySQL》第四版
《MySQl 实战 45 讲》