MySQL 简单查询语句执行过程分析(五)发送数据给客户端

发布于 2022-4-24 20:13
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作者 | 操盛春
来源 | 一树一溪(ID:lovespring52)
转载请联系授权(微信ID:csch52)

经过前面几篇文章的讲述之后,终于来到了发送数据阶段,今天我们一起来看看 server 层读取到一条记录之后,发送给客户端之前都做了些什么?

对于 select 语句,MySQL 在执行过程中会把字段信息、数据记录发送给客户端,这两部分是分开发送的。完成查询优化之后,从存储引擎读取第一条记录之前,会先把 select 语句中的字段信息发送给客户端。然后从存储引擎读取记录,每读取一条记录,都会把该记录发送给客户端,然后再读取下一条记录并发送给客户端。

MySQL 发送字段信息和数据记录,根据发送内容的长度,有可能直接发送给客户端,也有可能是先写入网络缓冲区,等缓冲区满再一次性发送给客户端,本文中我们先不区分这两种不同的情况,都统一描述为发送给客户端。关于网络缓冲区,我们将在下一篇介绍。

接下来我们详细说说发送字段信息、数据记录这两部分内容。

示例表如下:

CREATE TABLE `t_recbuf` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `i1` int(10) unsigned DEFAULT '0',
  `str1` varchar(32) DEFAULT '',
  `str2` varchar(255) DEFAULT '',
  `c1` char(11) DEFAULT '',
  `e1` enum('北京','上海','广州','深圳','天津','杭州','成都','重庆','苏州','南京','哈尔滨','沈阳','长春','厦门','福州','南昌','泉州','德清','长沙','武汉') DEFAULT '北京',
  `s1` set('吃','喝','玩','乐','衣','食','住','行','前后','左右','上下','里外','远近','长短','黑白','水星','金星','地球','火星','木星','土星','天王星','海王星','冥王星') DEFAULT '',
  `bit1` bit(8) DEFAULT b'0',
  `bit2` bit(17) DEFAULT b'0',
  `blob1` blob,
  `d1` decimal(10,2) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2001 DEFAULT CHARSET=utf8;

1. 发送字段信息

MySQL 只会把客户端需要的那些字段的字段信息发送给它,那么,MySQL 怎么知道要发送哪些字段的字段信息呢?

这个对于 MySQL 来说是小意思,select 中指定的字段,保存在一个叫 fields 的属性里,发送字段信息时,会遍历这个属性中的每一个字段,把字段信息发送给客户端。

开始发送字段信息之前,会先把字段数量发送给客户端。

然后把每个字段的以下信息发送给客户端:

  • def(这是固定的字符串内容,表示发送的是字段定义)
  • 数据库名
  • 表名
  • 表别名(如果没有别名,则和表名一样)
  • 字段名
  • 字段别名(如果没有别名,则和字段名一样)
  • 字段字符集(如果字段没有指定字符集,则继承表的字符集)
  • 字段长度(字段内容转换为字符串时,占用的字节数)
  • 字段类型
  • 字段标记

字段信息发送完成之后,会发送结束包给客户端,长度 5 字节,表示的是服务器的状态。

2. 发送数据记录

MySQL 发送数据记录时,也只会发送客户端需要的那些字段的内容。依然要用到那个叫 fields 的属性,遍历 fields 中的每个字段,把字段的内容转换为字符串,以及进行一些必要的逻辑处理之后,发送给客户端。

接下来,我们就来看看示例表中每种类型的字段怎么转换为字符串,以及还有可能涉及到哪些逻辑要处理?

2.1 int 类型

id、i1 字段都是 int 类型,字段值会由整数转换为字符串,因为指定了是无符号整数(unsigned),转换为字符串之后,数字前面不会有符号(+、- 都不会有)。

如果建表时,int 字段指定了 zerofill,把整数转换为字符串之后,会在前面用 0 把字符串填充到指定长度,如 id 定义为 int(10), 假设字段值为 24,转换为字符串之后,会在前面补充 10 - 2 = 8 个 0,变成 0000000024。

经过把整数转换为字符串,以及可能需要操作的在字符串前面补充 0 之后,内容就准备就绪了,然后把字符串长度和内容发送给客户端。

2.2 varchar 类型

str1、str2 字段都是 varchar 类型,本身就是字符串,不需要转换。str1 和 str2 唯一区别就是 str1 用 1 字节存储内容长度,str2 用 2 字节存储内容长度。

发送数据前,只需要先读取字段内容的长度(字节数),再读取相应字节数的内容,然后把长度和内容发送给客户端。

2.3 char 类型

c1 字段是 char 类型,本身就是字符串,不需要转换。

char 类型字段,取决于 sql_mode 是否开启了 PAD_CHAR_TO_FULL_LENGTH 选项,发送给客户端的内容会有些差别。

c1 字段的定义是 char(11),我们以 c1 字段的内容 24 测试char 为例来说明。

如果开启了 PAD_CHAR_TO_FULL_LENGTH 选项,字符串内容后面会填充相应数量的空格,使内容中的字符数达到字段定义时的数量,24 测试char 有 9 个字符,会在后面填充 11 - 9 = 2 个空格,变成 24 测试char__,注意:2 个下划线代表 2 个空格。

如果 sql_mode 没有开启 PAD_CHAR_TO_FULL_LENGTH 选项,字符串内容后面不会有空格,就是这样的了:24 测试char,注意:最后没有空格。

上面处理完成后,就可以愉快的把字段内容长度和字段内容发送给客户端了。

2.4 enum 类型

enum 类型字段,在存储引擎中以整数存储,发送数据之前,会找到整数对应选项的内容作为字段内容,如果没有找到对应的选项,字段内容就是:空字符串。

示例表中 e1 字段各选项及其对应的整数值如下图:MySQL 简单查询语句执行过程分析(五)发送数据给客户端-开源基础软件社区

假设存储引擎返回的 e1 字段整数值为 7,发送数据之前,会找到 7 对应选项的内容成都,占用字节数为 2(字数)* 3(utf8 一个汉字占用字节数)= 6 字节,把内容长度 6 和内容成都发送给客户端。

2.5 set 类型

set 类型字段,在存储引擎中也是以整数存储,发送数据之前,通过整数找到一个或多个对应选项的内容作为字段内容,如果有多个选项,字段内容中多个选项的内容之间用逗号分隔。

示例表中 s1 字段定义时指定的选项为:吃, 喝, 玩, 乐, 衣, 食, 住, 行, 前后, 左右, 上下, 里外, 远近, 长短, 黑白, 水星, 金星, 地球, 火星, 木星, 土星, 天王星, 海王星, 冥王星,共 24 个选项,每个选项占用 1 bit。

假设存储引擎返回的 s1 字段整数值为 2163720,遍历 s1 字段的 24 个选项,判断 2163720 中每一个选项对应的 bit 是否为 1,如果为 1,则把该选项内容(如天王星)追加到 s1 字符串值的后面,用逗号分隔,最终会得到字段内容乐,上下,金星,天王星,然后把字段内容长度 27 和字段内容乐,上下,金星,天王星发送给客户端。

一个汉字占 3 字节,一个逗号(,)占 1 字节。

为什么 2163720 转换为字符串是乐,上下,金星,天王星?

  • 乐是第 4 个选项,序号为 3,值为 1 << 3 = 8。
  • 上下是第 11 个选项,序号为 10,值为 1 << 10 = 1024。
  • 金星是第 17 个选项,序号为 16,值为 1 << 16 = 65536。
  • 天王星是第 22 个选项,序号为 21,值为 1 << 21 = 2097152。

2163720 由 4 个选项按位或计算得到:8 | 1024 | 65536 | 2097152 = 2163720,二进制示意图如下:MySQL 简单查询语句执行过程分析(五)发送数据给客户端-开源基础软件社区

2.6 bit 类型

bit 类型字段,发送数据前,也要转换为字符串,就是我们熟悉的那种只包含 0 和 1 的二进制内容。

bit 类型字段在 InnoDB 中是以 C/C++ 中的 char 类型存储的,实际就是按字节存储,1 字节可以存储 8 bit,示例表结构中,bit1 定义为 bit(8) 正好占用 1 字节,bit2 定义为 bit(17),用 2 字节不够存,多出来 1 bit 也需要占用 1 字节,所以需要 3 字节来存储。

存储引擎返回 bit 类型字段给 server 层时,就是以 C/C++ 中的 char * 指针返回的。

例如,某条记录的 bit1 字段值转换为字符串 00010001,长度为 8 字节,把长度 8 和内容 00010001 发送给客户端。bit2 字段值转换为字符串 00000000000011111,长度为 17 字节,把长度 17 和内容 00000000000011111 发送给客户端。

2.7 blob 类型

blob 类型字段,本身就是字符串,不需要转换。

blob 类型字段有个和其它字段不一样的地方,存储引擎返回记录给 server 层时,并没有把 blob 字段内容写入记录缓冲区,而是在引擎层分配了一块内存用于存储 blob 字段内容,并把内容的内存首地址写入记录缓冲区,发送数据时,根据内容的内存首地址直接从引擎层存储 blob 字段内容的内存区域中读取字段内容,把字段容内容长度和字段内容发送给客户端。

关于 server 层和引擎层交换内容的记录缓冲区,可以参考这篇文章:MySQL server 层和存储引擎层是怎么交互数据的?

2.8 decimal 类型

decimal 类型在存储引擎中是以二进制存储的,发送数据之前,会先把二进制转换为浮点数,然后再把浮点数转换为字符串,把字符串内容长度和字符串内容发送给客户端。

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