MySQL 8.0 —— 数据字典

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1、简介

MySQL 8.0 将数据库元信息都存放于InnoDB存储引擎表中，在之前版本的MySQL中，数据字典不仅仅存放于特定的存储引擎表中，还存放于元数据文件、非事务性存储引擎表中。本文将会介绍MySQL 8.0对数据字典的改进，以及改进带来的好处、影响以及局限性。

2、数据字典

2.1、新版本之前的数据字典

数据字典是数据库重要的组成部分之一，那么什么是数据字典？数据字典包含哪些内容呢？数据字典是对数据库中的数据、库对象、表对象等的元信息的集合。在MySQL中，数据字典信息内容就包括表结构、数据库名或表名、字段的数据类型、视图、索引、表字段信息、存储过程、触发器等内容。MySQL INFORMATION_SCHEMA库提供了对数据局元数据、统计信息、以及有关MySQL server的访问信息（例如：数据库名或表名，字段的数据类型和访问权限等）。该库中保存的信息也可以称为MySQL的数据字典。
在MySQL8.0之前，MySQL的数据字典信息，并没有全部存放在系统数据库表中，部分数据库数据字典信息存放于文件中，其余的数据字典信息存放于数据字典库中（INFORMATION_SCHEMA,mysql,sys）。例如表结构信息存放在.frm文件中,数据库表字段信息存放于INFORMATION_SCHEMA下的COLUMNS表中。早期，5.6版本之前，MyISAM是MySQL的默认存储引擎，而作为MyISAM存储引擎，它是没有数据字典的。只有表结构信息记录在.frm文件中。MySQL5.6版本之后，将InnoDB存储引擎作为默认的存储引擎。在InnoDB存储引擎中，添加了一些数据字典文件用于存放数据字典元信息，例如：.opt文件，记录了每个库的一些基本信息，包括库的字符集等信息，.TRN，.TRG文件用于存放触发器的信息内容。

2.2、新版本数据字典的改进

最新的MySQL 8.0 发布之后，对数据库数据字典方面做了较大的改进。

首先是，将所有原先存放于数据字典文件中的信息，全部存放到数据库系统表中，即将之前版本的.frm,.opt,.par,.TRN,.TRG,.isl文件都移除了，不再通过文件的方式存储数据字典信息。
其次是对INFORMATION_SCHEM，mysql，sys系统库中的存储引擎做了改进，原先使用MyISAM存储引擎的数据字典表都改为使用InnoDB存储引擎存放。从不支持事务的MyISAM存储引擎转变到支持事务的InnoDB存储引擎，为原子DDL的实现，提供了可能性。

3、新数据字典带来的影响

3.1、INFORMATION_SCHEMA性能提升

8.0中对数据字典进行改进之后，很大程度上提高了对INFORMATIONS_SCHEMA的查询性能，通过可以通过查表快速的获得想要查询的数据，原因是：

数据库在查询INFORMATION_SCHEMA的表时，不再一定需要创建一张临时表，可以直接查询数据字典表。
在之前版本中，数据字典信息不一定是存放于表中，所以在获取数据字典信息时候，不仅仅是查表操作。例如读取数据库表结构信息，底层其实是读取.frm文件来获得，是一个文件打开读取的操作。而在新版本中，数据字典信息都可以通过直接查表的方式获取，替代那些获取信息慢的方式。
对存储引擎的改进之后，在查询INFORMATIONS_SCHEMA表时，如果表上有索引，优化器会合理的利用索引。
对于INFORMATION_SCHEMA下的STATISTICS表和TABLES表中的信息，8.0中通过缓存的方式，以提高查询的性能。可以通过设置information_schema_stats_expiry参数设置缓存数据的过期时间，默认是86400秒。查询这两张表的数据的时候，首先是到缓存中进行查询，缓存中没有缓存数据，或者缓存数据过期了，查询会从存储引擎中获取最新的数据。如果需要获取最新的数据，可以通过设置information_schema_stats_expiry参数为0或者ANALYZE TABLE操作。

3.2、原子DDL

MySQL8.0开始支持原子DDL操作，一个原子DDL操作，具体的操作内容包括：数据字典更新，存储引擎层的操作，在binlog中记录DDL操作。并且这些操作都是原子性的，表示中间过程出现错误的时候，是可以完整回退的。这在之前版本的DDL操作中是不支持的。之前数据库版本中一直没有支持原子DDL的特性，是有原因的，因为在早期的数据库版本中，数据库元信息存放于元信息文件中、非事务性表中以及特定存储引擎的数据字典中。这些都无法保证DDL操作内容在一个事务当中，无法保证原子性。
具体的原子DDL，后续会有专门的文章。

3.3、innodb_read_only对所有存储引擎生效

在8.0之前版本中，innodb_read_only参数可以阻止对InnoDB存储引擎表的create和drop等更新操作。但是在MySQL8.0中，开启innodb_read_only参数阻止了所有存储引擎的这些操作。create或者drop表的操作都需要更新数据字典表，8.0中这个数据字典表都改为了InnoDB存储引擎，所以对于数据字典表的更新会失败，从而导致各存储引擎create和drop表失败。同样的像ANALYZE TABLE和ALTER TABLE tbl_name ENGINE=engine_name这种操作也会失败，因为这些操作都要去更新数据字典表。

3.4、mysqldump mysqlpump导出的内容影响

MySQL8.0之后，在使用mysqldump和mysqlpump导出数据时候，与之前有了一些不同，主要是以下几点：

之前版本的mysqldump和mysqlpump可以导出mysql系统库中的所有表的内容，8.0之后，只能导出mysql系统库中的非data dictionary table。（data dictionary table内容可以参照：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/system-database.html#system-database-data-dictionary-tables）
之前版本当使用–all-databases参数导出数据的时候，不加–routines和–events选项也可以导出触发器、存储过程等信息，因为这些信息都存放于proc和event表中，导出所有表即可导出这些信息。但是在8.0中，proc表和event表都不再使用，并且定义触发器、存储过程的数据字典表不会被导出，所以在8.0中使用mysqldump、mysqlpump导出数据的时候，如果需要导出触发器、存储过程等内容，一定需要加上–routines和–events选项。
之前版本中–routines选项导出的时候，备份账户需要有proc表的SELECT权限，在8.0中需要对所有表的SELECT权限
之前版本中，导出触发器、存储过程可以同时导出触发器、存储过程的创建和修改的时间戳，8.0中不再支持。
3.5、新数据字典的局限性
MySQL8.0数据字典的改进有很多方便的特性，例如带来了原子DDL，提升了INFORMATION_SCHEMA的查询性能等，但是它并不是完美的，新版数据字典还是存在一些局限性：
通过手动mkdir的方式在数据目录下创建库目录，这种方式是不会被数据库所识别到。
DDL操作会花费更长的时间，因为之前的DDL操作是直接对.frm文件进行更改操作，只要写一个文件，现在是需要更新数据字典表，代表着需要将数据写到存储引擎、read log、undo log中。