InnoDB的主键自增长实现原理

Posted 2022-05-26 java_wxid

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自增长在数据库中是非常常见的一种属性，也是很多DBA或开发人员首选的主键方式。在InnoDB存储引擎的内存结构中，对每个含有自增长值的表都有一个自增长计数器（auto-increment counter）。

当对含有自增长的计数器的表进行插入操作时，这个计数器会被初始化，执行如下的语句来得到计数器的值：

SELECT MAX(auto_inc_col)FROM t FOR UPDATE;

插入操作会依据这个自增长的计数器值加1赋予自增长列。这个实现方式称做AUTO-INC Locking。

这种锁其实是采用一种特殊的表锁机制，为了提高插入的性能，锁不是在一个事务完成后才释放，而是在完成对自增长值插入的SQL语句后立即释放。

虽然AUTO-INCLocking从一定程度上提高了并发插入的效率，但还是存在一些性能上的问题。

首先，对于有自增长值的列的并发插入性能较差，事务必须等待前一个插入的完成（虽然不用等待事务的完成）。

其次，对于 INSERT…SELECT的大数据量的插入会影响插入的性能，因为另一个事务中的插入会被阻塞。

从mysql5.1.22版本开始，InnoDB存储引擎中提供了一种轻量级互斥量的自增长实现机制，这种机制大大提高了自增长值插入的性能。并且从该版本开始，InnoDB存储引擎提供了一个参数innodb_autoinc_lock_mode来控制自增长的模式，该参数的默认值为1。

innodb_autoinc_lock_mode有三个选项：

0：是mysql5.1.22版本之前自增长的实现方式，通过表锁的AUTO-INCLocking方式实现的。

1：是默认值，对于简单的插入(插入之前就可以确定插入的行数)，这个值会用互斥量去对内存中的计数器进行累加操作。对于批量插入（插入之前就不确定插入的行数），还是通过表锁的AUTO-INCLocking方式实现。在这种配置下，如果不考虑回滚操作，对于自增值的列，它的增长还是连续的，而且statemment-based方式的replication还是很好的工作。但是如果使用了AUTO-INCLocking方式去产生自增长的值，这个时候再进行简单插入操作，就需要等待AUTO-INCLocking释放。

2：在这个模式下，对于所有的插入的语句，它自增长值的产生都是通过互斥量，不是通过AUTO-INCLocking方式，这是性能最高的方式，但是如果是并发插入，在每次插入的时候，自增长的值就不是连续的，而且基于statemment-based replication会出现问题，所以在这个模式下，任何时候都要用row-base replication，这样才可以保证最大的并发性能和replication主从数据的一致。

statemment-based replication（SBR）和row-base replication（RBR）是主从复制的方式，后续会写到。

使用mysql自增长的坏处：

• 强依赖DB。不同数据库语法和实现不同，数据库迁移的时候、多数据库版本支持的时候、或分表分库的时候需要处理，会比较麻烦。当DB异常时整个系统不可用，属于致命问题。

• 单点故障。在单个数据库或读写分离或一主多从的情况下，只有一个主库可以生成。有单点故障的风险。

• 数据一致性问题。配置主从复制可以尽可能的增加可用性，但是数据一致性在特殊情况下难以保证。主从切换时的不一致可能会导致重复发号。

• 难于扩展。在性能达不到要求的情况下，比较难于扩展。ID发号性能瓶颈限制在单台MySQL的读写性能。