sql是如何在数据库中执行的_数据库执行脚本

sql是如何在数据库中执行的_数据库执行脚本
对很多开发者来说,数据库就是个黑盒子,你会写 SQL,会用数据库,但不知道盒子里面到底是怎么一回事儿,这样你只能机械地去记住别人告诉你的那些优化规则,却不知…

	SQL是如何在数据库中执行的?[数据库教程]

对很多开发者来说,数据库就是个黑盒子,你会写 SQL,会用数据库,但不知道盒子里面到底是怎么一回事儿,这样你只能机械地去记住别人告诉你的那些优化规则,却不知道为什么要遵循这些规则,也就谈不上灵活运用。

 

数据库的服务端,可以划分为执行器 (Execution Engine) 和存储引擎 (Storage Engine) 两部分。

  • 执行器负责解析 SQL 执行查询
  • 存储引擎负责保存数据。

 

SQL是如何在执行器中执行的 ?

我们通过一个例子来看一下,执行器是如何来解析执行一条 SQL 的。

  • 这个 SQL 语义是,查询用户 ID 大于 50 的用户的所有订单,这是很简单的一个联查,需要查询 users 和 orders 两张表,WHERE 条件就是,用户 ID 大于 50。
SQL是如何在数据库中执行的?

 

数据库收到查询请求后,需要先解析 SQL 语句,把这一串文本解析成便于程序处理的结构化数据:

  • 转换后的结构化数据,就是一棵树,这个树的名字叫抽象语法树(AST,Abstract Syntax Tree)。上面这个 SQL,它的 AST 大概是这样的:
SQL是如何在数据库中执行的?

 

这个树太复杂,我只画了主要的部分,你大致看一下,能理解这个 SQL 的语法树长什么样就行了。执行器解析这个 AST 之后,会生成一个逻辑执行计划。所谓的执行计划,可以简单理解为如何一步一步地执行查询和计算,最终得到执行结果的一个分步骤的计划。这个逻辑执行计划是这样的:

SQL是如何在数据库中执行的?

 

和 SQL、AST 不同的是,这个逻辑执行计划已经很像可以执行的程序代码了。你看上面这个执行计划,很像我们编程语言的函数调用栈,外层的方法调用内层的方法。所以,要理解这个执行计划,得从内往外看。

  1. 最内层的 2 个 LogicalTableScan 的含义是,把 USERS 和 ORDERS 这两个表的数据都读出来。
  2. 然后拿这两个表所有数据做一个 LogicalJoin,JOIN 的条件就是第 0 列 (u.id) 等于第 6 列 (o.user_id)。
  3. 然后再执行一个 LogicalFilter 过滤器,过滤条件是第 0 列 (u.id) 大于 50。
  4. 最后,做一个 LogicalProject 投影,只保留第 0(user_id)、1(user_name)、5(order_id) 三列。这里“投影 (Project)”的意思是,把不需要的列过滤掉。

 

把这个逻辑执行计划翻译成代码,然后按照顺序执行,就可以正确地查询出数据了。但是,按照上面那个执行计划,需要执行 2 个全表扫描,然后再把 2 个表的所有数据做一个 JOIN 操作,这个性能是非常非常差的。

 

优化的总体思路是,在执行计划中,尽早地减少必须处理的数据量。也就是说,尽量在执行计划的最内层减少需要处理的数据量。看一下简单优化后的逻辑执行计划:

SQL是如何在数据库中执行的?

 

对比原始的逻辑执行计划,这里我们做了两点简单的优化:

  • 尽早地执行投影,去除不需要的列;
  • 尽早地执行数据过滤,去除不需要的行。

 

到这里,执行器只是在逻辑层面分析 SQL,优化查询的执行逻辑,我们执行计划中操作的数据,仍然是表、行和列。在数据库中,表、行、列都是逻辑概念,所以,这个执行计划叫“逻辑执行计划”。执行查询接下来的部分,就需要涉及到数据库的物理存储结构了。

 

转SQL是如何存在存储引擎中执行的?

数据真正存储的时候,无论在磁盘里,还是在内存中,都没法直接存储这种带有行列的二维表。数据库中的二维表,实际上是怎么存储的呢?这就是存储引擎负责解决的问题,存储引擎主要功能就是把逻辑的表行列,用合适的物理存储结构保存到文件中。不同的数据库,它们的物理存储结构是完全不一样的,这也是各种数据库之间巨大性能差距的根本原因。

 

在 InnoDB 中,数据表的物理存储结构是以主键为关键字的 B+ 树,每一行数据直接就保存在 B+ 树的叶子节点上。比如,上面的订单表组织成 B+ 树,是这个样的:

SQL是如何在数据库中执行的?

 

  • 在 InnoDB 中,表的索引也是以 B+ 树的方式来存储的,和存储数据的 B+ 树的区别是,在索引树中,叶子节点保存的不是行数据,而是行的主键值。
  • 如果通过索引来检索一条记录,需要先后查询索引树和数据树这两棵树:先在索引树中检索到行记录的主键值,然后再用主键值去数据树中去查找这一行数据。

 

优化后的逻辑执行计划将会被转换成物理执行计划,物理执行计划是和数据的物理存储结构相关的。还是用 InnoDB 来举例,直接将逻辑执行计划转换为物理执行计划:

SQL是如何在数据库中执行的?

 

物理执行计划同样可以根据数据的物理存储结构、是否存在索引以及数据多少等各种因素进行优化。这一块儿的优化规则同样是非常复杂的,比如,我们可以把对用户树的全树扫描再按照主键过滤这两个步骤,优化为对树的范围查找

SQL是如何在数据库中执行的?

 

最终,按照优化后的物理执行计划,一步一步地去执行查找和计算,就可以得到 SQL 的查询结果了。

 

理解数据库执行 SQL 的过程,以及不同存储引擎中的数据和索引的物理存储结构,对于正确使用和优化 SQL 非常有帮助:

  • 为什么主键不能太长?

因为表的每个索引保存的都是主键的值,过长的主键会导致每一个索引都很大。

  • 有的时候明明有索引却不能命中的原因是?

数据库在对物理执行计划优化的时候,评估发现不走索引,直接全表扫描是更优的选择。

技术图片

SQL是如何在数据库中执行的?

原文地址:https://www.cnblogs.com/ibytecoding/p/13956660.html

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