innodb自增主键的一些问题

Posted 2020-06-28 朝圣の路

背景：

      自增长是一个很常见的数据属性，在mysql中大家都很愿意让自增长属性的字段当一个主键。特别是InnoDB，因为InnoDB的聚集索引的特性，使用自增长属性的字段当主键性能更好，这里要说明下自增主键需要注意的几个事项。

问题一：表锁

      在MySQL5.1.22之前，InnoDB自增值是通过其本身的自增长计数器来获取值，该实现方式是通过表锁机制来完成的（AUTO-INC LOCKING）。锁不是在每次事务完成后释放，而是在完成对自增长值插入的SQL语句后释放，要等待其释放才能进行后续操作。比如说当表里有一个auto_increment字段的时候，innoDB会在内存里保存一个计数器用来记录auto_increment的值，当插入一个新行数据时，就会用一个表锁来锁住这个计数器，直到插入结束。如果大量的并发插入，表锁会引起SQL堵塞。

      在5.1.22之后，InnoDB为了解决自增主键锁表的问题，引入了参数innodb_autoinc_lock_mode，该实现方式是通过轻量级互斥量的增长机制完成的。它是专门用来在使用auto_increment的情况下调整锁策略的，目前有三种选择：

插入类型说明：

INSERT-LIKE：指所有的插入语句，比如 INSERT、REPLACE、INSERT…SELECT、REPLACE…SELECT,LOAD DATA等
Simple inserts：指在插入前就能确定插入行数的语句，包括INSERT、REPLACE，不包含INSERT…ON DUPLICATE KEY UPDATE这类语句。
Bulk inserts：指在插入前不能确定得到插入行的语句。如INSERT…SELECT,REPLACE…SELECT,LOAD DATA.
Mixed-mode inserts:指其中一部分是自增长的，有一部分是确定的。

0：通过表锁的方式进行，也就是所有类型的insert都用AUTO-inc locking。

1：默认值，对于simple insert 自增长值的产生使用互斥量对内存中的计数器进行累加操作，对于bulk insert 则还是使用表锁的方式进行。

2：对所有的insert-like 自增长值的产生使用互斥量机制完成，性能最高，并发插入可能导致自增值不连续，可能会导致Statement 的 Replication 出现不一致，使用该模式，需要用 Row Replication的模式。

      在mysql5.1.22之前，mysql的INSERT-LIKE语句会在执行整个语句的过程中使用一个AUTO-INC锁将表锁住，直到整个语句结束（而不是事务结束）。因此在使用INSERT…SELECT、INSERT…values(…),values(…)时，LOAD DATA等耗费时间较长的操作时，会将整个表锁住，而阻塞其他的insert-like,update等语句。推荐使用程序将这些语句分成多条语句，一一插入，减少单一时间的锁表时间。

解决：

通过参数innodb_autoinc_lock_mode =1/2解决，并用simple inserts 模式插入。

问题二：自增主键不连续

5.1.22后 默认：innodb_autoinc_lock_mode = 1 
直接通过分析语句，获得要插入的数量，然后一次性分配足够的auto_increment id，只会将整个分配的过程锁住。

[email protected] : test 04:23:28>show variables like ‘innodb_autoinc_lock_mode‘;
+--------------------------+-------+
| Variable_name            | Value |
+--------------------------+-------+
| innodb_autoinc_lock_mode | 1     |
+--------------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

[email protected] : test 04:23:31>create table tmp_auto_inc(id int auto_increment primary key,talkid int)engine = innodb default charset gbk;
Query OK, 0 rows affected (0.16 sec)

[email protected] : test 04:23:35>insert into tmp_auto_inc(talkid) select talkId from talk_dialog limit 10;
Query OK, 10 rows affected (0.00 sec)
Records: 10  Duplicates: 0  Warnings: 0

[email protected] : test 04:23:39>show create table tmp_auto_inc\G;
*************************** 1. row ***************************
       Table: tmp_auto_inc
Create Table: CREATE TABLE `tmp_auto_inc` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `talkid` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=16 DEFAULT CHARSET=gbk
1 row in set (0.00 sec)

插入10条记录，但表的AUTO_INCREMENT=16，再插入一条的时候，表的自增id已经是不连续了。

原因：

      参数innodb_autoinc_lock_mode = 1时，每次会“预申请”多余的id(handler.cc:compute_next_insert_id)，而insert执行完成后，会特别将这些预留的id空出，就是特意将预申请后的当前最大id回写到表中(dict0dict.c:dict_table_autoinc_update_if_greater)。

      这个预留的策略是“不够时多申请几个”， 实际执行中是分步申请。至于申请几个，是由当时“已经插入了几条数据N”决定的。当auto_increment_offset＝1时，预申请的个数是 N-1。

      所以会发现：插入只有1行时，你看不到这个现象，并不预申请。而当有N>1行时，则需要。多申请的数目为N-1，因此执行后的自增值为：1+N+(N-1)。测试中为10行，则：1+10+9 =20，和 16不一致？原因是：当插入8行的时候，表的AUTO_INCREMENT已经是16了，所以插入10行时，id已经在第8行时预留了，所以直接使用，自增值仍为16。所以当插入8行的时候，多申请了7个id，即：9，10，11，12，13，14，15。按照例子中的方法插入8~15行，表的AUTO_INCREMENT始终是16

验证：

插入16行：猜测 预申请的id：1+16+（16-1）= 32，即：AUTO_INCREMENT=32

[email protected] : test 04:55:45>create table tmp_auto_inc(id int auto_increment primary key,talkid int)engine = innodb default charset gbk;
Query OK, 0 rows affected (0.17 sec)

[email protected] : test 04:55:48>insert into tmp_auto_inc(talkid) select talkId from sns_talk_dialog limit 16;
Query OK, 16 rows affected (0.00 sec)
Records: 16  Duplicates: 0  Warnings: 0

[email protected] : test 04:55:50>show create table tmp_auto_inc\G;
*************************** 1. row ***************************
       Table: tmp_auto_inc
Create Table: CREATE TABLE `tmp_auto_inc` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `talkid` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=32 DEFAULT CHARSET=gbk
1 row in set (0.00 sec)

和猜测的一样，自增id到了32。所以当插入16行的时候，多申请了17,18,19...,31 。

所以导致ID不连续的原因是因为innodb_autoinc_lock_mode = 1时，会多申请id。好处是：一次性分配足够的auto_increment id，只会将整个分配的过程锁住。

5.1.22前 默认：innodb_autoinc_lock_mode = 0

[email protected] : test 04:25:12>show variables like ‘innodb_autoinc_lock_mode‘;
+--------------------------+-------+
| Variable_name            | Value |
+--------------------------+-------+
| innodb_autoinc_lock_mode | 0     |
+--------------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

[email protected] : test 04:25:15>create table tmp_auto_inc(id int auto_increment primary key,talkid int)engine = innodb default charset gbk;
Query OK, 0 rows affected (0.17 sec)

[email protected] : test 04:25:17>insert into tmp_auto_inc(talkid) select talkId from talk_dialog limit 10;
Query OK, 10 rows affected (0.00 sec)
Records: 10  Duplicates: 0  Warnings: 0

[email protected] : test 04:25:21>show create table tmp_auto_inc\G;
*************************** 1. row ***************************
       Table: tmp_auto_inc
Create Table: CREATE TABLE `tmp_auto_inc` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `talkid` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=11 DEFAULT CHARSET=gbk
1 row in set (0.00 sec)

插入10条记录，但表的AUTO_INCREMENT=11，再插入一条的时候，表的自增id还是连续的。

innodb_autoinc_lock_mode = 2 和 innodb_autoinc_lock_mode = 1 的测试情况一样。但该模式下是来一个分配一个，而不会锁表，只会锁住分配id的过程，和1的区别在于，不会预分配多个，这种方式并发性最高。但是在replication中当binlog_format为statement-based时存在问题

解决：

尽量让主键ID没有业务意义，或则使用simple inserts模式插入。

结论：

当innodb_autoinc_lock_mode为0时候， 自增id都会连续，但是会出现表锁的情况，解决该问题可以把innodb_autoinc_lock_mode 设置为1，甚至是2。会提高性能，但是会在一定的条件下导致自增id不连续。

总结：

通过上面2个问题的说明，自增主键会产生表锁，从而引发问题；自增主键有业务意义，不连续的主键导致主从主键不一致到出现问题。对于simple inserts 的插入类型，上面的问题都不会出现。对于Bulk inserts的插入类型，会出现上述的问题。