MySQL 基础教程

下面是一份超完整、系统化、适合长期收藏的《MySQL 详细介绍（核心概念 + 架构原理 + 存储引擎 + 复制 + 日志 + 事务 + 索引 + 优化）》。内容非常全面，适合入门、进阶。

MySQL 基础概念
MySQL 架构组成
InnoDB 存储引擎详解
MySQL 数据文件布局
索引（Index）体系
锁（Locks）体系
事务（Transaction）与隔离级别
日志系统（Redo/Undo/Binlog）
Buffer Pool（缓冲池）机制
SQL 执行过程
MySQL 复制（Replication）体系
MySQL 高可用（HA）方案
常见性能优化方法
常见故障排查体系

1. MySQL 基础概念

RDBMS：关系型数据库管理系统
支持 SQL
事务支持（ACID）
存储引擎可插拔
MySQL 8.0 以后统一使用 InnoDB（默认）

关键特性：

安全可靠
高性能
开源
生态完善

2. MySQL 架构组成（Server 层 + 存储引擎层）

Server 层（通用层）

负责所有与存储无关的功能：

连接管理
查询解析（Parser）
查询优化（Optimizer）
查询缓存（已废弃）
权限认证
Binlog 写入

存储引擎层（可插拔）

负责数据的实际存储与读取。

常见引擎：

InnoDB（默认）
MyISAM（已废弃）
Memory
CSV
Archive

InnoDB 是核心，引擎特性：

事务（ACID）
行锁
自适应哈希索引
双写缓冲
崩溃恢复能力强

3. InnoDB 存储引擎详解（重点）

核心组件：

Buffer Pool（缓冲池）

缓存：

数据页
索引页
Undo
Insert Buffer

默认大小较小，但建议设置为系统内存的 60%-80%。

Redo Log（重做日志）

保障持久性（D），崩溃恢复必需。

Undo Log（回滚日志）

提供：

事务回滚
MVCC（多版本控制）

Double Write Buffer（双写缓冲）

防止数据页损坏（partial write）。

Adaptive Hash Index（自适应哈希索引）

InnoDB 自动优化热点数据访问。

Change Buffer

延迟写辅助结构，用于二级索引。

4. MySQL 数据文件布局

目录结构：

/var/lib/mysql/
    ├─ ibdata1 (系统表空间)
    ├─ ib_logfile0/ib_logfile1（redo 日志）
    ├─ *.ibd（每个表的数据 + 索引）
    ├─ binlog.000001（binlog）
    ├─ relay-log（从库）
    └─ *.frm（8.0 之前）

5. 索引体系（Index）

MySQL 使用 B+Tree 索引（最重要）。

索引类型：

主键索引（Clustered Index）

数据与主键同一棵 B+Tree
叶子节点存储整行数据
强烈建议业务表必须有主键

二级索引（Secondary Index）

叶子节点存储主键值，因此存在回表。

覆盖索引

查询只用到索引，不用回表，性能最佳。

联合索引

遵循最左前缀原则。

6. 锁体系（Locks）

InnoDB 的锁非常丰富：

行级锁（Row Locks）

排它锁（X）
共享锁（S）

间隙锁（Gap Lock）

用于防止幻读（RR 隔离级别启用）。

Next-Key Lock

行锁 + 间隙锁组合。

意向锁（Intention Locks）

用来与表锁兼容。

表锁（Table Locks）

7. 事务与隔离级别

事务的 ACID：

A 原子性（undo log）
C 一致性
I 隔离性（锁）
D 持久性（redo log）

MySQL 支持 4 个隔离级别：

级别	脏读	不可重复读	幻读
Read Uncommitted	✅	✅	✅
Read Committed	❌	✅	✅
Repeatable Read（默认）	❌	❌	⭐（避免部分幻读）
Serializable	❌	❌	❌

InnoDB 默认 RR，使用：

MVCC（非锁）
间隙锁（加锁）

同时防止不可重复读。

8. 日志系统（极重要）

Redo Log

WAL（Write Ahead Logging）
保证 crash-safe
确保数据最终刷入磁盘

Undo Log

MVCC 快照
回滚事务

Binlog（Server 层）

用于复制
用于 PITR（时间点恢复）

MySQL 故障恢复顺序：

读取 redo log 恢复未刷盘数据
rollback 未完成事务（undo log）
binlog 做主从同步

9. Buffer Pool（InnoDB 缓存）

Buffer Pool 是 MySQL 最重要的内存结构，用于缓存数据页与索引页，提高性能。

架构：

Free List（空闲页）
Flush List（脏页）
LRU List（最近使用）

调优关键参数：

innodb_buffer_pool_size
innodb_buffer_pool_instances
innodb_buffer_pool_chunk_size

10. SQL 执行过程

执行一条查询：

客户端连接器
SQL Parser（解析器）
Optimizer（优化器）
Executor（执行器）
存储引擎读取数据
返回结果

执行一条写入：

写入 Buffer Pool
写 redo log（prepare）
写 binlog
redo commit
刷盘

11. MySQL 复制（Replication）

MySQL 提供三种复制：

模式	一致性	延迟	说明
异步	最差	可能很大	主库写成功即可返回
半同步	中等	较低	至少一个从库 ack
增强半同步（MySQL 8）	比半同步更强	更低	强制从库落盘后才 ack

复制基于 binlog + relay log。

12. MySQL 高可用（HA）方案

从一致性角度排序：

🥇 1. Group Replication（强一致性）-> InnoDB Cluster

多数派提交
强一致性写入

🥈 2. Galera Cluster / PXC（准强一致）

🥉 3. MySQL 主从复制 + Orchestrator

最终一致性

🥉 4. MHA（最终一致性）

13. 性能优化体系（非常实用）

优化方向：

SQL 优化（最重要）

使用合适索引
避免全表扫描
覆盖索引
尽量避免 JOIN 多超过 3 张表

表结构优化

合理选择数据类型
CHAR vs VARCHAR
使用合适的主键（自增 / UUIDv7）

索引优化

选择正确字段建立索引
避免索引失效（函数、类型不同等）

参数优化

如：

innodb_buffer_pool_size
innodb_flush_log_at_trx_commit
max_connections
query_cache_size（8.0 已废弃）

硬件优化

内存足够大
NVMe SSD

14. 故障排查体系

常用思路：

慢查询（slow query log）
表锁、行锁（SHOW ENGINE INNODB STATUS）
复制延迟（SHOW SLAVE STATUS）
连接数耗尽（Too many connections）
磁盘 IO 高
Buffer Pool 不足
死锁（DEADLOCK）