2. 解析與優化

服務器收到客戶端傳來的請求之后，還需要經過查詢緩存、詞法語法解析和預處理、查詢優化的處理。

2.1 查詢緩存

如果我們兩次都執行同一條查詢指令，第二次的響應時間會不會比第一次的響應時間短一些？

之前使用過Redis緩存工具的讀者應該會有這個很自然的想法，MySQL收到查詢請求之后應該先到緩存中查看一下，看一下之前是不是執行過這條指令。如果緩存命中，則直接返回結果；否則重新進行查詢，然后加入緩存。

MySQL確實內部自帶了一個緩存模塊。

現在有一張500W行且沒有添加索引的數據表，我執行以下命令兩次，第二次會不會變得很快？

SELECT * FROM t_user WHERE user_name = '蟬沐風'

并不會！說明緩存沒有生效，為什么？MySQL默認是關閉自身的緩存功能的，查看一下query_cache_type變量設置。

mysql> show variables like 'query_cache_type';
+------------------------------+---------+
| Variable_name                | Value   |
+------------------------------+---------+
| query_cache_type             | OFF     |
+------------------------------+---------+

默認關閉就意味著不推薦，MySQL為什么不推薦用戶使用自己的緩存功能呢？

1. MySQL自帶的緩存系統應用場景非常有限，它要求SQL語句必須一模一樣，多一個空格，變一個大小寫都被認為是兩條不同的SQL語句
2. 緩存失效非常頻繁。只要一個表的數據有任何修改，針對該表的所有緩存都會失效。對于更新頻繁的數據表而言，緩存命中率非常低！

所以緩存的功能還是交給專業的ORM框架（比如MyBatis默認開啟一級緩存）或者獨立的緩存服務Redis更加適合。

MySQL8.0已經徹底移除了緩存功能

2.2 解析器 & 預處理器（Parser & Preprocessor）

現在跳過緩存這一步了，接下來需要做什么了？

如果我隨便在客戶端終端里輸入一個字符串chanmufeng，服務器返回了一個1064的錯誤

mysql> chanmufeng;
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'chanmufeng' at line 1

服務器是怎么判斷出我的輸入是錯誤的呢？這就是MySQL的Parser解析器的作用了，它主要包含兩步，分別是詞法解析和語法分析。

2.2.1 詞法解析

以下面的SQL語句為例

SELECT * FROM t_user WHERE user_name = '蟬沐風' AND age > 3;

分析器先會做“詞法分析”，就是把一條完整的SQL語句打碎成一個個單詞，比如一條簡單的SQL語句，會打碎成8個符號，每個符號是什么類型，從哪里開始到哪里結束。

MySQL 從你輸入的SELECT這個關鍵字識別出來，這是一個查詢語句。它也要把字符串t_user識 別成“表名 t_user”，把字符串user_name識別成“列 user_name"。

2.2.2 語法分析

做完詞法解析，接下來需要做語法分析了。

根據詞法分析的結果，語法分析器會根據語法規則，判斷你輸入的這個 SQL 語句是否滿足 MySQL 語法，比如單引號是否閉合，關鍵詞拼寫是否正確等。

解析器會根據SQL語句生成一個數據結構，這個數據結構我們成為解析樹。

我故意拼錯了SELECT關鍵字，MySQL報了語法錯誤，就是在語法分析這一步。

mysql> ELECT * FROM t_user WHERE user_name = '蟬沐風' AND age > 3;
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'ELECT * FROM t_user WHERE user_name = '蟬沐風'' at line 1

詞法語法分析是一個非常基礎的功能，Java 的編譯器、百度搜索引擎如果要識別語句，必須也要有詞法語法分析功能。

任何數據庫的中間件，要解析 SQL完成路由功能，也必須要有詞法和語法分析功能，比如 Mycat，Sharding-JDBC（用到了Druid Parser）等都是如此。在市面上也有很多的開源的詞法解析的工具，比如 LEX，Yacc等。

2.2.3 預處理器

如果我們寫了一條語法和詞法都沒有問題的SQL，但是字段名和表名卻不存在，這個錯誤是在哪一個階段爆出的呢？

詞法解析和語法分析是無法知道數據庫里有什么表，有哪些字段的。要知道這些信息還需要解析階段的另一個工具——預處理器。

它會檢查生成的解析樹，解決解析器無法解析的語義。比如，它會檢查表和列名是否存在，檢查名字和別名，保證沒有歧義。預處理之后得到一個新的解析樹。

本質上，解析和預處理是一個編譯過程，涉及到詞法解析、語法和語義分析，更多細節我們不會探究，感興趣的讀者可以看一下編譯原理方面的書籍。

2.3 查詢優化器（Optimizer）與查詢執行計劃

到了這一步，MySQL終于知道我們想查詢的表和列以及相應的搜索條件了，是不是可以直接進行查詢了？

還不行。MySQL作者擔心我們寫的SQL太垃圾，所以有設計出一個叫做查詢優化器的東東，輔助我們提高查詢效率。

2.3.1 什么是查詢優化器？

一條 SQL語句是不是只有一種執行方式？或者說數據庫最終執行的 SQL是不是就是我們發送的 SQL?

不是。一條 SQL 語句是可以有很多種執行方式的，最終返回相同的結果，他們是等價的。

舉一個非常簡單的例子，比如你執行下面這樣的語句：

SELECT * FROM t1, t2 WHERE t1.id = 10 AND t2.id = 20

• 既可以先從表 t1 里面取出 id=10 的記錄，再根據 id 值關聯到表 t2，再判斷 t2 里面 id 的值是否等于 20。
• 也可以先從表 t2 里面取出 id=20 的記錄，再根據 id 值關聯到表 t1，再判斷 t1 里面 id 的值是否等于 10。

這兩種執行方法的邏輯結果是一樣的，但是執行的效率會有不同，如果有這么多種執行方式，這些執行方式怎么得到的？最終選擇哪一種去執行？根據什么判斷標準去選擇？

這個就是 MySQL的查詢優化器的模塊（Optimizer）的工作。

查詢優化器的目的就是根據解析樹生成不同的執行計劃（Execution Plan），然后選擇一種最優的執行計劃，MySQL 里面使用的是基于開銷（cost）的優化器，哪種執行計劃開銷最小，就用哪種。

2.3.2 優化器究竟做了什么？

舉兩個簡單的例子∶

1. 當我們對多張表進行關聯查詢的時候，以哪個表的數據作為基準表。
2. 有多個索引可以使用的時候，選擇哪個索引。

實際上，對于每一種數據庫來說，優化器的模塊都是必不可少的，他們通過復雜的算法實現盡可能優化查詢效率。

往細節上說，查詢優化器主要做了下面幾方面的優化：

• 子查詢優化
• 等價謂詞重寫
• 條件化簡
• 外連接消除
• 嵌套連接消除
• 連接消除
• 語義優化

本文不會對優化的細節展開講解，大家先對MySQL的整體架構有所了解就可以了，具體細節之后單獨開篇介紹

但是優化器也不是萬能的，如果SQL語句寫得實在太垃圾，再牛的優化器也救不了你了。因此大家在編寫SQL語句的時候還是要有意識地進行優化。

2.3.3 執行計劃

優化完之后，得到一個什么東西呢？優化器最終會把解析樹變成一個查詢執行計劃。

查詢執行計劃展示了接下來執行查詢的具體方式，比如多張表關聯查詢，先查詢哪張表，在執行查詢的時候有多個索引可以使用，實際上該使用哪些索引。

MySQL提供了一個查看執行計劃的工具。我們在 SQL語句前面加上 EXPLAIN就可以看到執行計劃的信息。

mysql> EXPLAIN SELECT * FROM t_user WHERE user_name = '';
+----+-------------+--------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table  | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+--------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t_user | NULL       | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL |    1 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+--------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+

如果要得到更加詳細的信息，還可以用FORMAT=JSON，或者開啟optimizer trace。

mysql> EXPLAIN FORMAT=JSON SELECT * FROM t_user WHERE user_name = '';

文本不會帶大家詳細了解執行計劃的每一個參數，內容很龐雜，大家先對MySQL的整體架構有所了解就可以了，具體細節之后單獨開篇介紹