TiDB — 核心功能分析
分析版本
本文件基於 commit 6f4dd4fd 進行分析。
SQL 解析與執行流程
TiDB 採用多階段管線處理每一條 SQL 語句：
SQL 解析器（pkg/parser）
TiDB 擁有自己的 SQL 解析器，不依賴 MySQL 原始碼：
- 採用
goyacc生成的 LALR(1) 解析器 - 支援 MySQL 8.0 語法，含 Window Function、CTE（Common Table Expression）、JSON 函數等
- 產生 AST（Abstract Syntax Tree），各節點定義於
pkg/parser/ast/目錄 - 內建
format套件可將 AST 序列化回 SQL 文字（用於 Binding 等功能）
查詢優化器（pkg/planner）
| 子套件 | 功能 |
|---|---|
pkg/planner/core | 核心優化規則（謂詞下推、連接重排、索引選擇） |
pkg/planner/cardinality | 基數估算，驅動物理計劃選擇 |
pkg/planner/cascades | Cascades 優化框架（實驗性） |
pkg/planner/memo | Memo 結構，記錄等價邏輯表達式 |
pkg/planner/funcdep | 函數依賴（Functional Dependency）分析 |
pkg/planner/indexadvisor | 索引建議功能 |
pkg/planner/util | 優化器通用工具函式 |
優化器依次執行以下步驟：
- 邏輯優化：套用規則優化（謂詞下推、列裁剪、子查詢展開等）
- 基數估算：利用統計資訊估算每個算子的輸出行數
- 物理計劃生成：依據代價模型選擇最佳存取路徑（IndexScan vs TableScan）
- 執行計劃建立：生成可執行的 Executor 樹
分散式交易機制
TiDB 基於 Google Percolator 論文實作的 2PC（Two-Phase Commit）分散式交易：
MVCC（多版本並行控制）
| 概念 | 說明 |
|---|---|
| startTS | 事務開始時間戳，作為讀取快照版本 |
| commitTS | 事務提交時間戳，作為資料寫入版本 |
| Lock | Prewrite 階段寫入的悲觀/樂觀鎖 |
| Write Record | 提交後的版本記錄，指向對應的 Value |
| Default CF | TiKV 中存放實際資料值的 Column Family |
| Write CF | 存放版本提交記錄與鎖資訊的 Column Family |
| Lock CF | 存放 Percolator 鎖的 Column Family |
TiDB 支援樂觀交易（Optimistic）與悲觀交易（Pessimistic）兩種模式，預設為悲觀交易（與 MySQL 行為相符）。
HTAP 查詢路由
TiDB 優化器根據以下條件自動選擇路由：
- 查詢涉及大量資料掃描（全表掃描、聚合）→ 優先選擇 TiFlash MPP
- 點查或索引查詢 → 優先選擇 TiKV Coprocessor
- 可透過
SET SESSION tidb_isolation_read_engines強制指定引擎 - 可使用
/*+ READ_FROM_STORAGE(TIFLASH[t]) */Hint 強制使用 TiFlash
DDL 非同步機制
TiDB 實作了 Online DDL（線上 Schema 變更），核心邏輯位於 pkg/ddl/：
| 機制 | 說明 |
|---|---|
| 多版本 Schema | 同一時間允許多個 TiDB Server 使用不同版本的 Schema |
| DDL Owner 選舉 | 叢集中只有一個 TiDB Server 作為 DDL Owner，負責執行 DDL 任務 |
| 非同步 Backfill | 新增索引時，通過分散式任務框架對現有資料進行索引填充 |
| Multi-Schema Change | 支援單一 DDL 語句同時修改多個欄位（減少版本切換次數） |
| Distributed DDL | TiDB 7.x 起支援分散式 DDL，多個 TiDB Server 同時協助 backfill |
統計資訊與代價優化器
統計資訊模組位於 pkg/statistics/，提供以下資料結構：
| 資料結構 | 說明 | 用途 |
|---|---|---|
| Histogram（直方圖） | 等深直方圖，每個 bucket 記錄範圍與行數 | 範圍查詢基數估算 |
| TopN | 記錄出現頻率最高的前 N 個值 | 高頻值精確估算 |
| CM-Sketch | Count-Min Sketch 近似頻率統計 | 點查詢基數估算 |
| Correlation | 欄位與主鍵的相關性係數 | 估算索引掃描回表代價 |
統計資訊更新機制：
- 自動收集：
ANALYZE TABLE定期執行（tidb_auto_analyze_ratio控制觸發閾值） - 增量更新：DML 操作後更新修改行數計數器（
modifyCount） - 快速統計：
ANALYZE使用採樣演算法（Bernoulli 採樣），非全表掃描
TTL（Time-To-Live）資料自動過期
TTL 功能（pkg/ttl/）允許為資料表設定過期時間，自動刪除過期資料：
sql
-- 建立 TTL 資料表，資料 30 天後自動刪除
CREATE TABLE t (
id INT PRIMARY KEY,
created_at TIMESTAMP
) TTL = `created_at` + INTERVAL 30 DAY;| 機制 | 說明 |
|---|---|
| 掃描任務 | TTL Worker 定期掃描過期資料，拆分為多個小批次任務 |
| 分散式刪除 | 多個 TiDB Server 協同執行刪除，避免單點壓力 |
| 不阻塞 DML | 刪除操作以低優先級執行，不影響線上交易 |
Resource Group 資源管控
Resource Group（pkg/resourcegroup/）為 TiDB 7.x 引入的多租戶資源隔離功能：
sql
-- 建立 Resource Group，限制 RU（Request Unit）消耗
CREATE RESOURCE GROUP app_group RU_PER_SEC = 3000;
-- 設定 Session 使用指定 Resource Group
SET RESOURCE GROUP app_group;- 以 RU（Request Unit） 為統一資源計量單位
- 支援讀寫 RU 限速（Rate Limiter）與優先級排程
- 可對 TiKV / TiFlash 的 CPU、I/O 進行細粒度管控