MySQL高阶讲座之：`MySQL`的`Information Schema`：其底层如何获取元数据，以及性能瓶颈。

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊MySQL的Information Schema，这玩意儿就像个八卦小报，啥秘密都往外抖搂，但它是怎么抖搂的，又抖搂得快不快呢？咱们今天就来扒一扒它的底裤，看看它到底是怎么运作的，以及有没有啥见不得人的小秘密（性能瓶颈）。

一、啥是Information Schema？它能干啥？

简单来说，Information Schema 就是 MySQL 的元数据字典。元数据嘛，就是描述数据的数据，比如数据库里有哪些表，表里有哪些字段，字段的类型是啥，索引是啥，等等。

你可以把它想象成一个庞大的、只读的数据库，里面存着关于你的数据库的各种信息。你想知道啥，就直接查这个数据库就行了。

Information Schema 能干的事情可多了，比如：

• 查找数据库结构： 这是最常用的功能，你可以用它来了解数据库的表结构，字段类型，索引等等。
• 监控数据库状态： 可以查看数据库的连接数，线程数，锁等待等信息，帮助你了解数据库的运行状态。
• 生成DDL语句： 可以根据 Information Schema 中的信息，自动生成创建表的 SQL 语句。
• 权限管理： 可以查看用户的权限信息。
• 自动化运维： 配合脚本，可以实现数据库的自动化运维，比如自动备份，自动优化等等。

二、Information Schema 的表结构：都有些啥八卦？

Information Schema 里面有很多表，每一张表都记录着不同方面的元数据。下面列举一些常用的表，以及它们的主要作用：

表名	描述
SCHEMATA	包含了所有数据库的信息，比如数据库的名字，默认的字符集等等。
TABLES	包含了所有表的信息，比如表的名字，所属的数据库，表的类型（是基表还是视图），表的创建时间等等。
COLUMNS	包含了所有字段的信息，比如字段的名字，所属的表，字段的类型，是否允许为空，默认值等等。
STATISTICS	包含了所有索引的信息，比如索引的名字，所属的表，索引的类型，索引的字段等等。
KEY_COLUMN_USAGE	包含了外键的信息，比如外键的名字，所属的表，外键关联的字段等等。
ROUTINES	包含了存储过程和函数的信息，比如存储过程或函数的名字，所属的数据库，参数列表等等。
EVENTS	包含了事件调度器的信息，比如事件的名字，执行时间，执行的 SQL 语句等等。
GLOBAL_STATUS	包含了 MySQL 服务器的全局状态信息，比如连接数，线程数，QPS 等等。
SESSION_STATUS	包含了当前会话的状态信息，比如当前会话执行的 SQL 语句，事务状态等等。
PROCESSLIST	包含了当前所有连接的进程信息，比如连接的客户端 IP 地址，执行的 SQL 语句，状态等等。
INNODB_METRICS	包含了 InnoDB 存储引擎的性能指标信息，比如缓冲池命中率，IO 吞吐量等等。
GLOBAL_VARIABLES	包含了 MySQL 服务器的全局变量信息，比如 max_connections，innodb_buffer_pool_size 等等。
SESSION_VARIABLES	包含了当前会话的变量信息，比如 autocommit，time_zone 等等。
TABLE_CONSTRAINTS	包含了表的约束信息，比如主键约束，唯一约束，外键约束等等。

三、底层实现：Information Schema 是怎么变出这些信息的？

Information Schema 本身并不存储任何数据，它只是一个视图集合，数据来源于 MySQL 的内部数据字典、存储引擎以及服务器状态。

• 数据字典： MySQL 内部维护着一个数据字典，记录了数据库的结构信息，比如数据库，表，字段，索引等等。 Information Schema 通过访问这个数据字典来获取这些信息。
• 存储引擎： 不同的存储引擎（比如 InnoDB，MyISAM）存储数据的方式不一样， Information Schema 需要和存储引擎交互才能获取到表的统计信息，比如表的行数，索引的大小等等。
• 服务器状态： MySQL 服务器运行过程中会产生很多状态信息，比如连接数，线程数，锁等待等等。 Information Schema 通过访问服务器的状态变量来获取这些信息。

举个例子，当我们查询 TABLES 表的时候，MySQL 大概会做以下事情：

1. 接收查询请求： 客户端发送 SQL 查询语句到 MySQL 服务器。
2. 解析 SQL 语句： MySQL 服务器解析 SQL 语句，确定用户要查询的是 INFORMATION_SCHEMA.TABLES 表。
3. 访问内部数据字典： MySQL 服务器访问内部数据字典，获取所有数据库和表的信息。 这些信息包括数据库名称，表名称，表类型（BASE TABLE, VIEW 等），创建时间等。
4. 调用存储引擎接口： 对于每张表，MySQL 服务器可能会调用存储引擎的接口，来获取一些存储引擎相关的统计信息，比如表的行数，数据大小，索引大小等。（不同的存储引擎实现方式不一样，有的存储引擎可能不会提供这些信息）
5. 过滤和转换数据： MySQL 服务器根据 SQL 语句中的条件（比如 WHERE 子句）过滤数据，并将数据转换成 TABLES 表的结构。
6. 返回结果： MySQL 服务器将结果返回给客户端。

四、代码实战：用 SQL 玩转 Information Schema

光说不练假把式，咱们来写几个 SQL 语句，感受一下 Information Schema 的威力。

• 查询所有数据库的名字：

  SELECT SCHEMA_NAME
  FROM INFORMATION_SCHEMA.SCHEMATA;

• 查询某个数据库的所有表的名字：

  SELECT TABLE_NAME
  FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLES
  WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name';  -- 替换成你的数据库名

• 查询某个表的所有字段的信息：

  SELECT COLUMN_NAME, DATA_TYPE, COLUMN_TYPE, IS_NULLABLE, COLUMN_DEFAULT
  FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
  WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'  -- 替换成你的数据库名
    AND TABLE_NAME = 'your_table_name';  -- 替换成你的表名

• 查询某个表的所有索引的信息：

  SELECT INDEX_NAME, COLUMN_NAME, SEQ_IN_INDEX, NON_UNIQUE
  FROM INFORMATION_SCHEMA.STATISTICS
  WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'  -- 替换成你的数据库名
    AND TABLE_NAME = 'your_table_name';  -- 替换成你的表名

• 查询当前数据库连接数:

  SELECT VARIABLE_VALUE
  FROM INFORMATION_SCHEMA.GLOBAL_STATUS
  WHERE VARIABLE_NAME = 'Threads_connected';

• 查找所有使用 utf8mb4 字符集的表:

  SELECT TABLE_NAME
  FROM INFORMATION_SCHEMA.TABLES
  WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'
  AND TABLE_COLLATION LIKE 'utf8mb4%';

五、性能瓶颈：Information Schema 也有小脾气

虽然 Information Schema 很强大，但是用起来也要小心，因为它也有一些性能瓶颈。

1. 全表扫描： Information Schema 的查询通常需要扫描大量的元数据，如果你的数据库非常大，表非常多，查询 Information Schema 可能会非常慢。 尤其是对于 TABLES, COLUMNS 这些表，查询的时候要尽量加上 WHERE 条件，缩小查询范围。
2. 锁竞争： Information Schema 的查询可能会和 DDL 操作（比如创建表，修改表结构）产生锁竞争，导致 DDL 操作被阻塞。
3. 统计信息不准确： Information Schema 中的一些统计信息（比如表的行数）可能不是实时的，需要定期更新。特别是 MyISAM 引擎，它存储的行数通常是不准确的。
4. 版本兼容性问题： 不同版本的 MySQL，Information Schema 的表结构可能会不一样，使用的时候要注意版本兼容性。
5. 过度依赖： 很多监控工具和自动化运维脚本都依赖 Information Schema，如果 Information Schema 出现性能问题，可能会影响整个系统的稳定性和可靠性。

六、优化方案：如何让 Information Schema 跑得更快？

既然知道了 Information Schema 的性能瓶颈，咱们就可以对症下药，采取一些优化方案。

1. 避免全表扫描： 在查询 Information Schema 的时候，尽量加上 WHERE 条件，缩小查询范围。比如，只查询某个数据库的表，或者只查询某个表的字段。

   -- 优化前：
   SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS;  -- 扫描所有数据库的所有表的字段信息
   
   -- 优化后：
   SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
   WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name';  -- 只扫描指定数据库的表的字段信息

2. 减少查询频率： Information Schema 的查询会消耗一定的资源，如果不是必须，尽量减少查询频率。 可以考虑将 Information Schema 的数据缓存起来，定期更新。

3. 使用缓存： MySQL 提供了一个叫做 performance_schema 的数据库，可以用来缓存 Information Schema 的查询结果。 开启 performance_schema 可以提高 Information Schema 的查询性能。

   -- 开启 performance_schema
   UPDATE performance_schema.setup_instruments SET enabled = 'YES', timed = 'YES' WHERE name LIKE 'statement/%';
   UPDATE performance_schema.setup_consumers SET enabled = 'YES' WHERE name LIKE '%statement%';
   
   -- 查看是否开启成功
   SELECT * FROM performance_schema.setup_instruments WHERE name LIKE 'statement/%';
   SELECT * FROM performance_schema.setup_consumers WHERE name LIKE '%statement%';

4. 优化 SQL 语句： 对于复杂的 Information Schema 查询，可以使用 EXPLAIN 命令分析 SQL 语句的执行计划，找出性能瓶颈，然后进行优化。 比如，可以添加索引，或者调整 SQL 语句的写法。

5. 升级 MySQL 版本： 新版本的 MySQL 通常会对 Information Schema 进行优化，可以提高查询性能。

6. 避免长时间运行的查询： 避免长时间运行的 Information Schema 查询，特别是在高并发的场景下，这可能会导致锁竞争，影响数据库的性能。

7. 合理配置 MySQL 参数： 一些 MySQL 参数会影响 Information Schema 的性能，比如 table_open_cache，innodb_buffer_pool_size 等等。 可以根据实际情况调整这些参数，提高 Information Schema 的查询效率。

8. 使用 SHOW 语句： 在某些情况下，使用 SHOW 语句可能比查询 Information Schema 更快。例如，要获取表的列信息，可以使用 SHOW COLUMNS FROM your_table_name。

   -- 使用 SHOW 语句获取列信息
   SHOW COLUMNS FROM your_table_name;
   
   -- 等效的 Information Schema 查询
   SELECT COLUMN_NAME, DATA_TYPE, COLUMN_TYPE, IS_NULLABLE, COLUMN_DEFAULT
   FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
   WHERE TABLE_SCHEMA = 'your_database_name'
   AND TABLE_NAME = 'your_table_name';

七、总结：Information Schema，用好它，别滥用它

Information Schema 是 MySQL 提供的非常强大的元数据字典，可以帮助我们了解数据库的结构和状态。但是，使用 Information Schema 也要注意性能问题，避免过度依赖和滥用。只有合理地使用 Information Schema，才能更好地管理和优化 MySQL 数据库。

今天就讲到这里，希望大家以后在使用 Information Schema 的时候，能够更加得心应手，玩转 MySQL！ 感谢各位观众老爷的观看！下次再见！