揭示 `MySQL` `系统变量`的`底层`实现：`全局`变量与`会话`变量的`生命周期`。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL 系统变量：全局变量与会话变量的生命周期深入解析

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 系统变量的底层实现，重点关注全局变量和会话变量的生命周期。理解这些概念对于优化 MySQL 数据库的性能和行为至关重要。

1. 系统变量概述

MySQL 系统变量用于控制服务器的行为和配置。它们影响着各种操作，从查询执行到连接管理。系统变量可以分为两大类：全局变量和会话变量。

全局变量 (Global Variables): 这些变量影响整个 MySQL 服务器实例的行为。它们在服务器启动时初始化，并保持有效直到服务器关闭。
会话变量 (Session Variables): 这些变量仅影响当前客户端连接（会话）的行为。每个会话都有自己独立的会话变量副本。

2. 全局变量的底层实现与生命周期

全局变量存储在服务器内存中。更具体地说，它们通常存储在全局服务器对象的成员变量中，这个对象是在服务器启动时创建的。

2.1 初始化

全局变量的初始化发生在 mysqld 进程启动时。这个过程涉及以下步骤：

读取配置文件: mysqld 从配置文件（如 my.cnf 或 my.ini）中读取配置参数。这些参数用于设置全局变量的初始值。如果没有在配置文件中指定，则使用默认值。
启动选项: 命令行选项也会覆盖配置文件中的设置。
变量分配: 根据读取到的配置，mysqld 在内存中为全局变量分配空间，并将初始值写入这些内存区域。
系统表加载: 一些全局变量的值可能存储在系统表中，例如 mysql.global_variables。服务器启动时会从这些表中加载值。

以下是一个简化的 C++ 代码片段，说明了全局变量初始化的概念：

// 假设这是 mysqld 进程的一部分
class GlobalServer {
public:
    bool  log_output;          // 例子：log_output全局变量
    int   max_connections;   // 例子：max_connections全局变量
    std::string datadir;      // 例子：datadir全局变量

    GlobalServer() {
        // 从配置文件读取值 (简化示例)
        // 实际实现会涉及文件解析和错误处理
        log_output      = read_config_bool("log_output", false); // 默认关闭
        max_connections = read_config_int("max_connections", 151); // 默认151
        datadir         = read_config_string("datadir", "/var/lib/mysql"); // 默认目录

        // 从命令行选项覆盖 (简化示例)
        if (command_line_has_option("log_output")) {
            log_output = true; // 命令行选项覆盖
        }

        // ... 其他初始化 ...
    }

private:
    bool read_config_bool(const std::string& name, bool default_value) {
        // 模拟读取配置文件中的布尔值
        // 实际实现会读取配置文件并解析
        if (name == "log_output") {
            // 假设从配置文件读取到了 "log_output=ON"
            return true;
        }
        return default_value;
    }

    int read_config_int(const std::string& name, int default_value) {
        // 模拟读取配置文件中的整数值
        // 实际实现会读取配置文件并解析
        if (name == "max_connections") {
            // 假设从配置文件读取到了 "max_connections=200"
            return 200;
        }
        return default_value;
    }

    std::string read_config_string(const std::string& name, const std::string& default_value) {
      // 模拟读取配置文件中的字符串值
      // 实际实现会读取配置文件并解析
      return default_value; // 这里为了简化，直接返回默认值
    }

    bool command_line_has_option(const std::string& option) {
        // 模拟检查命令行参数是否存在
        // 实际实现会解析命令行参数
        if (option == "log_output") {
            return true; // 假设命令行参数包含了 --log_output
        }
        return false;
    }

};

int main() {
    GlobalServer server;
    // 现在 server 对象包含了所有全局变量的初始化值
    std::cout << "log_output: " << server.log_output << std::endl;
    std::cout << "max_connections: " << server.max_connections << std::endl;
    std::cout << "datadir: " << server.datadir << std::endl;
    return 0;
}

2.2 修改

可以使用 SET GLOBAL 语句来修改全局变量的值。例如：

SET GLOBAL max_connections = 300;

当执行 SET GLOBAL 语句时，服务器会执行以下操作：

权限检查: 检查执行该语句的用户是否具有 SUPER 权限。只有具有此权限的用户才能修改全局变量。
验证: 验证新值是否在允许的范围内。如果新值无效，服务器会返回错误。
更新内存: 如果新值有效，服务器会更新全局服务器对象中相应变量的内存。
写入系统表 (可选): 对于一些全局变量，服务器还会将新值写入 mysql.global_variables 系统表。这取决于变量的持久性。

2.3 持久性

并非所有全局变量的修改都会持久化到服务器重启后。

非持久性全局变量: 这些变量的值在服务器重启后会恢复为默认值或配置文件中的值。它们的值仅在当前服务器实例的生命周期内有效。
持久性全局变量: 这些变量的值会存储在 mysql.global_variables 系统表中。服务器重启时，会从该表中读取这些变量的值，并用于初始化全局变量。可以使用 SET PERSIST 语句来设置持久性全局变量：

SET PERSIST max_connections = 300;

SET PERSIST 语句会将变量及其新值写入 mysqld-auto.cnf 文件（通常位于数据目录下），该文件在服务器启动时被读取。

2.4 生命周期

全局变量的生命周期与 mysqld 进程的生命周期相同。它们在服务器启动时创建，并在服务器关闭时销毁。即使有客户端连接断开或重新连接，全局变量的值仍然保持不变。

3. 会话变量的底层实现与生命周期

会话变量存储在每个客户端连接的会话上下文中。每次建立新的连接时，都会创建一个新的会话上下文，其中包含该会话的会话变量副本。

3.1 初始化

会话变量的初始化发生在客户端连接建立时。这个过程涉及以下步骤：

复制全局变量: 大多数会话变量会从对应的全局变量复制初始值。这意味着，默认情况下，会话变量的值与全局变量的值相同。
默认值: 一些会话变量可能具有独立的默认值，与全局变量的默认值不同。
init_connect 参数: 可以使用 init_connect 全局变量指定在每个新连接建立时执行的 SQL 语句。这些语句可以用于设置会话变量的初始值。

以下是一个简化的 C++ 代码片段，说明了会话变量初始化的概念：

// 假设这是处理客户端连接的代码
class SessionContext {
public:
    int autocommit;  // 例子：autocommit 会话变量
    std::string character_set_client; // 例子：character_set_client 会话变量

    SessionContext(const GlobalServer& global_server) {
        // 从全局变量复制初始值
        autocommit = global_server.autocommit; // 假设 GlobalServer 有 autocommit 变量
        character_set_client = global_server.character_set_server; // 假设 GlobalServer 有 character_set_server 变量

        // 应用 init_connect 语句 (简化示例)
        // 实际实现会执行 SQL 语句
        if (global_server.init_connect == "SET autocommit=0") {
            autocommit = 0;
        }

        // ... 其他初始化 ...
    }
};

3.2 修改

可以使用 SET SESSION 语句或 SET 语句（如果未指定 GLOBAL 或 SESSION 关键字，则默认为 SESSION）来修改会话变量的值。例如：

SET SESSION autocommit = 0;
SET autocommit = 0;  -- 等同于 SET SESSION autocommit = 0;

当执行 SET SESSION 语句时，服务器会执行以下操作：

权限检查 (某些变量): 对于某些会话变量，可能需要特定的权限才能修改。
验证: 验证新值是否在允许的范围内。
更新内存: 如果新值有效，服务器会更新当前会话上下文中相应变量的内存。

3.3 生命周期

会话变量的生命周期与客户端连接（会话）的生命周期相同。它们在连接建立时创建，并在连接关闭时销毁。一个会话中对会话变量的修改不会影响其他会话。

4. 变量的作用域

理解变量的作用域至关重要。

变量类型	作用域	生效时间	影响
全局变量	整个 MySQL 服务器实例	服务器启动时	所有连接，包括未来的连接
会话变量	当前客户端连接	连接建立时	仅当前连接

5. 系统变量的分类

系统变量可以根据其功能进行分类，例如：

连接管理: max_connections, wait_timeout, interactive_timeout
查询优化: query_cache_size, optimizer_switch
日志: log_error, general_log
安全: secure_file_priv, validate_password_policy

6. 信息模式 (Information Schema)

可以通过查询 INFORMATION_SCHEMA 数据库中的表来获取有关系统变量的信息。

GLOBAL_VARIABLES: 显示所有全局变量及其当前值。
SESSION_VARIABLES: 显示当前会话的会话变量及其当前值。

例如：

SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.GLOBAL_VARIABLES WHERE VARIABLE_NAME = 'max_connections';

SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.SESSION_VARIABLES WHERE VARIABLE_NAME = 'autocommit';

7. 性能影响

不恰当的系统变量配置可能会对 MySQL 数据库的性能产生负面影响。例如：

max_connections 设置过小会导致连接拒绝。
query_cache_size 设置过大会占用大量内存，并且在写入操作频繁时可能会导致性能下降。
log_slow_queries 开启会增加磁盘 I/O。

因此，需要根据具体的应用场景和硬件配置，合理地设置系统变量。

8. 代码示例：监控连接数

以下是一个简单的 PHP 代码示例，用于监控 MySQL 服务器的当前连接数：

<?php

$servername = "localhost";
$username = "your_username";
$password = "your_password";
$dbname = "your_database";

// 创建连接
$conn = new mysqli($servername, $username, $password, $dbname);

// 检查连接
if ($conn->connect_error) {
  die("连接失败: " . $conn->connect_error);
}

// 查询当前连接数
$sql = "SHOW STATUS LIKE 'Threads_connected'";
$result = $conn->query($sql);

if ($result->num_rows > 0) {
  // 输出数据
  while($row = $result->fetch_assoc()) {
    echo "当前连接数: " . $row["Value"]. "<br>";
  }
} else {
  echo "没有结果";
}

$conn->close();

?>

9. 代码示例：修改会话变量

以下是一个 Python 代码示例，用于修改当前会话的 autocommit 变量：

import mysql.connector

mydb = mysql.connector.connect(
  host="localhost",
  user="your_username",
  password="your_password",
  database="your_database"
)

mycursor = mydb.cursor()

# 关闭自动提交
mycursor.execute("SET autocommit = 0")
mydb.commit() # 需要手动提交事务

print("自动提交已关闭")

# 执行一些操作...

# 提交事务
mydb.commit()

# 关闭连接
mycursor.close()
mydb.close()

生命周期与作用域：理解差异

全局变量影响整个服务器，生命周期和服务器一致；会话变量仅影响当前连接，生命周期和连接一致。

配置与优化：合理设置

合理设置系统变量，是提升数据库性能的关键一环。

MySQL 系统变量：全局变量与会话变量的生命周期深入解析

发表回复 取消回复

发表回复取消回复