Java 应用与 MySQL 的交互

1. MySQL驱动 数据库连接池

作为一个 Java工程师，不知道你有没有关注过一个问题，Java程序是如何与MySQL数据库进行交互的？

1. MySQL驱动

应该大部分人都知道，我们首先需要配置一个 MySQL驱动，那MySQL驱动到底是个什么东西？
通俗一点解释，MySQL驱动 就是用来跟MySQL服务端进行通信，也就是创建网络连接，然后往服务器发送请求，执行SQL语句 等访问数据库的操作；

一般在项目中也就是这样一个maven依赖：

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>8.0.22</version>
</dependency>

2. 数据库连接池

对于我们的Java系统，肯定不可能只跟MySQL创建一个连接的，如果只有一个的话，那就得单线程串行执行SQL语句了；

所以需要和MySQL服务端创建多个连接，但是每次创建和销毁一个数据库连接都是非常耗时的操作，那肯定就不能频繁的去创建和销毁了；

这种情况下，就引入了池化思想，也就是数据库连接池；在一个池子中维持多个数据库连接，让不同的线程需要执行SQL语句的时候，先去获取到一个连接，执行完成之后又将这个连接给放回池内；

常见的数据库连接池有：DBCP、C3P0、阿里的 Druid 这些；

这些池化的思想，在我们系统开发中很多地方都会遇到；如 线程池、内存池、HTTP连接池 等等……
可以扩展一下池化思想的一般作用：

• 资源复用：池中对象得到复用，避免了频繁的创建、释放带来的性能开销，减少内存碎片等；
• 更快的响应速度：在要使用到对象时，直接从池中获取即可，不用在要用时才去等待创建；
• 统一的对象管理：可以防止内存泄露，实现线程安全等；

一般来说，我们的系统是部署在Tomcat中的，或者现在的springboot内置的 Tomcat，一个Tomcat服务器中是有多个线程的（Tomcat8默认为200个线程），也就是说这些线程是可以同时接收多个请求，然后并发的处理的；

那把这些过程串联起来就是：

1. 部署在 Tomcat 中的Java应用，会通过数据库连接池创建一定数量的数据库连接；
2. Tomcat 中也会有多个线程，可以同时接收用户的请求；
3. 当有多个用户并发请求时，由Tomcat中的线程来处理这些请求；
   在要执行 SQL语句时，从 数据库连接池 中获取到跟 MySQL服务端的数据库连接，然后通过 MySQL驱动来向MySQL服务端发送请求，再由MySQL服务端来执行SQL语句；

   2. MySQL 架构设计

   上面说到通过 MySQL 驱动来发起请求由MySQL服务端执行 SQL 语句，那 MySQL 服务端是怎么执行的呢？

对于 MySQL服务端，其实也会维护一个连接池（连接管理器），用来管理多个客户端跟这个服务端创建的所有连接；
我们平常使用命令行来操作，来跟 MySQL服务端创建一个MySQL连接，一般也就是：

mysql -h$ip -P$port -u$user -p

执行之后，MySQL的连接管理器就会去验证你的账户密码和权限等；如果验证通过，就可以通过命令行来执行MySQL命令了；
这个客户端的连接，MySQL服务端会维护一定的时间长度（默认是8小时），也就是说如果你8小时客户端没有操作，连接管理器会自动将这个连接给断开（不然也是白白浪费资源维护这个连接，也就是要维护执行过程中使用到内存之类的资源）；

当MySQL服务端接收到一个 SQL请求之后，也就是说从一个网络连接中接收到网络请求；那这个时候肯定就需要有一个线程来从网络连接中读取和解析请求；
也就是得到一个 SQL语句，转交给SQL接口去执行，完成底层数据的增删改查；

为了执行SQL语句，MySQL的 Server层，设计了如下的 组件：

以这条 SQL 语句为例，解释一下：

select id, name, age from user where id = 1;

• 解析器：对 SQL 语句做解析，也就是要让MySQL知道你这条 SQL语句，是要做什么；

  • 词法解析：识别出 SQL语句里面的字符串分别是什么，代表什么；比如这里就是：

    • select 表示这是一个查询语句；
    • user 表示 从user表中进行查询；
    • id = 1 表示查询 id为1 这行数据；
    • id、name、age 表示要从这行数据中提取这三个字段；

  • 语法分析：根据词法分析的结果，再判断你输入的这个 SQL 是否满足 MySQL的语法；

  • 也就是你在执行 sql 语句的时候，正常报出来的错误这些；

    > 1064 - 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 'limit 10' at line 1
    > 时间: 0.009s

    一般这个报错，都会提示你出现错误的位置，一般就关注 use near...

• 优化器：当你的SQL语句中有多个索引，或者多个表关联查询时；优化器会决定使用哪个索引，或者决定各个表的连接顺序；也就是说优化器会决定一条 SQL 按照一个什么的步骤和顺序，去执行哪些操作；例如：

  select * from t1 join t2 where t1.c=10 and t2.d=20;

​ 既可以先从表 t1 里面取出 c=10 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到表 t2，再判断 t2 里面 d 的值是否等于 20；
​ 也可以先从表 t2 里面取出 d=20 的记录的 ID 值，再根据 ID 值关联到 t1，再判断 t1 里面 c 的值是否等于 10；
​ 这两种方式的执行结果是一样的，但是可能执行的效率会不同，所以优化器会根据执行成本来选择使用哪个方案；

• 执行器：当通过优化器决定了怎么执行这条 SQL 时，就可以开始执行语句了；
  • 在执行之前，判断当前用户对于这个表是否有执行权限；如果有权限，才会打开这个表继续执行后面的操作；
  • 具体的执行，是通过执行引擎来实现的；也就是每个表在定义时，就指定了特定的执行引擎，然后 MySQL的Server 去调用具体执行引擎的接口，来执行这条 SQL语句；
  • 这里的执行引擎，一般默认就是 InnoDB，当然还有一些 MyIsam、Memory之类的；（这里就有一个面试题，InnoDB 和 MyIsam 的区别是什么，下去背一下就行了）；
    对于不同引擎，他们的底层实现的存储结构或者存储方式这些都是不一样的；

也就是通过这些组件的配合，以这样一些流程来完成 执行一条 SQL 语句；