引言

​ 内容为慕课网的**《高并发 高性能 高可用 MySQL 实战》**视频的学习笔记内容和个人整理扩展之后的笔记，在快速视频学习一遍之后发现了许多需要补充的点，比如三次握手的连接和 Mysql 的内部交互流程等等，关于后续的章节也会整合多篇文章后续会陆续发布。

Mysql 的连接方式

​ 使用最多的方式是第一种方式，另外三种方式受限于特殊的平台方式实现，重点掌握第一种 TCP/IP 的方式即可。

1. tcp/ip 的连接形式

2. 共享内存的连接方式

3. 命名空间模式

4. unix 套接字的连接方式

Tcp/ip 的通讯协议

​ 这一块在视频中讲解比较浅，所以这里参考了多方资料后，以**《TCP/IP 协议》**作为参考介绍三次握手和四次挥手的过程。

​ 通讯协议也就是我们常见的三次握手和四次挥手的流程，注意这里忽略 TCP/IP 报文的格式介绍。

• SYN：同步序号。

• FIN：发送方完成标记。

• ACK：仅当 ACK=1 时，确认号字段才有效，并且建立 TCP 连接之后所有的连接必须 ACK=1。

• ack：接受请求之后将请求序列号+1 进行回送使用。

• ISN：起始序号也别叫做 Seq，该序号由时间决定，所以每一个 Tcp 都有一个唯一的起始序号，组成的方式是开始的序号、一个冒号、隐含的结尾序号 及圆括号内的数据字节数，比如 1415531521:1415531521（0），如果字节为 0 则被隐藏，只有当存在字节数据或者 SYN、 FIN 或 RST 被设置为 1 才进行展示。

• Mss：表示的是当前报文的最大字节数。

ISM 可看作是一个 32 比特的计 数器，每 4ms + 1。

三次握手建立 TCP 连接（报问段 1-3）

• 第一步：客户端主动打开 TCB 端口，服务器被动打开 TCB 端口。发起方携带一个 SYN 标志，并且携带一个 ISN 序号 Seq=x，但是需要注意的是第一步的过程这个 ISN 序号是隐藏传递的（因为没有传递数据），但是如果不存在数据的交换，则不会被显示。客户端发送 SYN 命令之把 SYN=1，并且把 SYN-SENT（同步-已发送状态）。

• 第二步：服务器收到客户端 TCP 报文之后，也将 SYN=1，并且回送一个新的 ISN 序号 ack=x+1，并且将 ACK=1 表示自己收到了，然后在返回参数回送自己新的序列号表示自己的确认请求 Seq=y，将状态设置为 SYN-RCVD（同步收到）状态，（表示希望收到的序号为 xxxx1522），最后也是指定 MSS。

• 第三步：客户端收到服务器的确认报文之后，还需要向服务端返回确认报文，确认报文的 ACK=1，并且回传服务器传递的 ISN 序号+1（ack = y+1），以及自己的 ISN 序号+1（Seq = x+1），此时 TCP 连接进入已连接状态，ACK 是可以携带数据的，但是如果不携带数据则不消耗序列号。

• 最后一步：当服务器收到客户端的确认，也进入已连接状态。

• 

Mysql 认证连接：

（参考资料：http://mysql.taobao.org/monthly/2018/08/07/）

​ Mysql 的认证链接可以看作是三次交互，注意第一次请求是服务端发起的，有点类似我们去店里面买东西，首先开口的肯定是员工，比如问我们要什么东西，于是我们花钱买东西，然后把东西带走，认证过程可以类似于这样的一个过程。

• **服务端 → 客户端 **发送初始化包：服务端首先确认是那个客户端需要连接

• 客户端 → 服务端 验证

• 服务端 → 认证结果消息

• 认证通过客户端与服务端断开

四次挥手端口 tcp 连接（报文段 4 开始）

• 第一步（客户端）：TCP 发送释放连接的报文，停止发送数据，释放报文首部，把 FIN=1，同时发送序列号，根据上一次传送的序列号+1 传送 Seq = t + 1（由于下图是在连接之后立马进行四次挥手，所以序列号没有变），此时客户端进行终止等待 1 的状态。注意 FIN 不携带数据也需要消耗序列号。

• 第二步（服务端）：服务器回送确认报文，发出确认报文，ACK=1，并且把回传序列号+1 回传（ack = t + 1），然后再带上自己的序列号 Seq = y，此时服务端进入 CLOSE-WAIT 状态（关闭等待状态），TCP 服务器此时需要停止上层应用客户端向服务端请求释放，处于 **半关闭 **阶段，此时服务端依然可以向客户端发数据并且客户端需要接受并处理，关闭等待状态意味着整个状态还需要持续一段时间。

• 第三步（客户端）：客户端接收到服务端确认请求，此时客户端进入到 FIN-WAIT-2 终止等待 2 的阶段，等待服务器的释放报文。（还有一部分服务器没有发送完的数据需要处理）

• 第四步（服务端）：服务器把最后的数据处理完毕，向客户端发送释放报文，FIN=1，ack=t + 1，由于需要把剩下的数据发送完成，假设处理完成之后需要带上自己的序列号 Seq=w，服务器进入最后确认状态，等待客户端确认。

• 第五步（客户端）：客户端收到报文之后，发出确认 ACK=1，ack=w+1，自己的序列号为 Seq = t + 1，此时客户端进入到了 TIME-WAIT（时间等待状态），此时客户端还是没有释放，必须经过**2 * MSL（最长报文寿命）**之后，客户端撤掉 TCB 之后才进入 CLOSED 状态。

• 第六步（服务端）：服务器收到客户端的请求立马进入 CLOSE 状态，同时撤销 TCB，结束此次 TCP 的连接。（服务端结束 TCP 连接要比客户端早一些）

• 

为什么需要四次挥手才能关闭连接？

​ TCP/IP 是一种全双工的协议，任何一方关闭都需要双向的确认操作，双方关闭需要给对方发送一个 FIN 来终止连接，一端收到 FIN 通知应用层的另一端终止数据的发送，而收到一个 FIN 仅仅说明一个方向不进行数据流动，通常关闭的一方（发送 FIN 的一方）为主动关闭，接受方为被动关闭，因为全双工特性双方都需要对方被动关闭。

通过下面的图可以简单了解为什么要这样设计：

Mysql 的报文格式


Mysql 的报文格式比较简单，它主要分为下面的部分，Mysql 通过自己构建的协议进行内部通信，简单了解即可：

1. 消息头：3 个字节的报文长度，1 个字节的序号

2. 消息体：1 个字节指令，存储数据，长度不定

3. 指令案例：切换数据库（0x02），查询指令（ox03）

如何使用工具验证如何通信？命令是如何执行的？

连接上去之后会执行如下的操作流程。

• 客户端→服务端：发送命令包

• 服务端→客户端：发送回应包

​ 命令是如何执行的？可以使用一些辅助的抓包工具查看，比如 windows 平台有一个 wireShark 的工具，我们可以通过一个简单的抓包案例查看：​ 在实际的开始之前我们需要弄清楚 Mysql 到底使用的是什么协议，MySQL 客户端使用 TCP 协议作为底层传输协议，而使用 Mysql 公司自身的 Mysql Protocol 协议作为应用层协议作为内部通信。

​ 这里使用 window 的 wireShark 工具抓包，读者也可以使用 tcpdump 进行抓包，命令行操作更加简洁：

​ 首先是三次握手的过程：

​ 如下面的图所示，首先由客户端发起连接请求，传送 Seq 序号和设置 SYN 为 1 并且设置为同步发送状态，接着服务端受到请求之后，将 ACK 设置为 1，并且将客户端序号+1 之后回送，并且也传递一个自己的序号，此时服务端也处于同步接受状态，最后当客户端受到服务端请求之后也把 ack 设置为 1，并且传递服务端的序列号，至此建立连接。

​ 接下来是客户端和服务端的交互，由于这里使用了 navicat 进行连接测试，所以可以发现 navicat 在这其中发送了很多自己的包：

​ 这里需要注意的是在内部通信的时候 Mysql 使用的是自身的协议，根据客户端的命令请求返回相应的数据。

​ 最后是四次挥手的过程，由于上面进行了详细的解释合理就不再啰嗦了，四次挥手的过程要复杂不少，客户端存在最终等待 1 和最终等待 2 的阶段，而服务端在接受到请求之后不会立刻回复客户端可以关闭，而是需要将数据传输完成之后，再回送客户端停止传送，当客户端收到断开指令之后，则会立即停止此次 TCP 交互，而客户端这里需要经过最长等待时间才会释放连接，所以对于服务器连接优化来说，TCP 的最长等待时间是一个重要的优化点。

​

数据库和 excel 的对比

1. 存储和磁盘空间大小类似

2. 数据库面向软件，提供接口

3. excel 文件级别，面向终端用户

4. 事务：数据库千人千面

常见的架构

事件驱动架构

事件驱动的模式常见于 GUI 的软件当中，我们点击某个按钮的时候，会触发与之关联的其他事件组，从下面的架构图可以看到事件和事件执行之间是结偶的，有很好的复用性。

管道-过滤器架构

​ 管道过滤的架构比较常见是 http 请求过滤处理，比如我们想要对于一个请求进行不同层次的分析，对于请求次数，请求时间，或者请求来源或者对于请求拦截的处理，可以通过过滤链的方式对于请求进行处理。

微核架构

微核架构常用于精简项目架构，通过插件的方式对于系统的核心功能增强，微核架构具有很好的灵活性，能根据不同的实际情况进行灵活组合完成不同的效果。


分层架构

通过拆分 server 和存储引擎，将整个连接的步骤拆分为下面的部分，sever 层负责连接管理，而存储引擎则负责与后台的交互动作。

数据库的基础架构

在 Mysql 的设计中，可以看到主要使用了三种架构模式：

• 事件驱动架构

• 分层架构

• 微核架构

常见存储引擎介绍

1. innodb：互联网常用，支持事务。

2. myISAM：查询快。

3. memory：临时内存表。

4. Archive：归档表。

sql 语句查询过程

​ sql 的查询语句大致分为下面四个模块：

• 查询缓存（8.0 删除）

• 分析器

• 优化器

• 执行器

• 存储引擎

​ 下面是一个 SQL 查询的大致步骤

1. 查询缓存（8.0 删除）

2. 分析器

3. 分析语法，解析语句

4. 拆分编译语句

5. 解析 SQL 的核心步骤

6. 优化器

7. 通过 mysql 的规则优化查询链路或者 sql 执行的过程

8. 建立并且把执行计划传递给执行器

9. 执行器

10. 负责具体的 sql 执行

11. 通过存储引擎的接口进行接口调用，最后结果返回给客户端

结语

​ 前面的章节比较基础，跳过了很多内容，本部分重点是三次握手和四次挥手的过程需要多熟悉一下，另外 Mysql 最值得学习的是 InnoDB 存储引擎，如果对于数据库设计感兴趣是肯定绕不过的。