关于MySQL自增主键的几点问题（上）

前段时间遇到一个InnoDB表自增锁导致的问题，最近刚好有一个同行网友也问到自增锁的疑问，所以抽空系统的总结一下，这两个问题下篇会有阐述。

1. 划分三种插入类型

这里区分一下几种插入数据行的类型，便于后面描述：（纯逻辑上的划分）

1. “Simple inserts”
   简单插入，就是在处理sql语句的时候，能够提前预估到插入的行数，包括 INSERT / REPLACE 的单行、多行插入，但不含嵌套子查询以及 INSERT ... ON DUPLICATE KEY UPDATE。

2. “Bulk inserts”
   本文暂且叫做 大块插入，不能提前预知语句要插入的行数，也就无法知道分配多少个自增值，包括 INSERT ... SELECT, REPLACE ... SELECT, 以及 LOAD DATA 导入语句。InnoDB会每处理一行记录就为 AUTO_INCREMENT 列分配一个值。

3. “Mixed-mode inserts”
   混合插入，比如在 “简单插入” 多行记录的时候，有的新行有指定自增值，有的没有，所以获得最坏情况下需要插入的数量，然后一次性分配足够的auto_increment id。比如:

   1 2	# c1 是 t1 的 AUTO_INCREMENT 列 INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d');

又比如 INSERT ... ON DUPLICATE KEY UPDATE，它在 update 阶段有可能分配新的自增id，也可能不会。

2. 三种自增模式：innodb_autoinc_lock_mode

在以 5.6 版本，自增id累加模式分为：

• 传统模式
  traditional，innodb_autoinc_lock_mode = 0
  在具有 AUTO_INCREMENT 的表上，所有插入语句会获取一个特殊的表级锁 AUTO-INC ，这个表锁是在语句结束之后立即释放（无需等到事务结束），它可以保证在一个insert里面的多行记录连续递增，也能保证多个insert并发情况下自增值是连续的（不会有空洞）。

• 连续模式 
  consecutive，innodb_autoinc_lock_mode = 1
  MySQL 5.1.22开始，InnoDB提供了一种轻量级互斥的自增实现机制，在内存中会有一个互斥量（mutex），每次分配自增长ID时，就通过估算插入的数量（前提是必须能够估算到插入的数量，否则还是使用传统模式），然后更新mutex，下一个线程过来时从新 mutex 开始继续计算，这样就能避免传统模式非要等待每个都插入之后才能获取下一个，把“锁”降级到 只在分配id的时候 锁定互斥量。
  在 innodb_autoinc_lock_mode = 1（默认） 模式下，“简单插入”采用上面的 mutex 方式，“大块插入”（insert/replace … select … 、load data…）依旧采用 AUTO-INC 表级锁方式。当然如果一个事务里已经持有表 AUTO-INC 锁，那么后续的简单插入也需要等待这个 AUTO-INC 锁释放。这能够保证任意insert并发情况下自增值是连续的。

• 交叉模式 
  interleaved，innodb_autoinc_lock_mode = 2
  该模式下所有 INSERT SQL 都不会有表级 AUTO-INC 锁，多个 语句 可以同时执行，所以在高并发插入场景下性能会好一些。但是当 binlog 采用 SBR 格式时，对于从库重放日志或者主库实例恢复时，并不可靠。
  另者，它只能保证自增值在 insert语句级别 （单调）递增，所以多个insert可能会交叉着分配id，最终可能导致多个语句之间的id值不连续，这种情况出现在 混合插入：

  1	INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d');

  mutex 会按行分配4个id，但实际只用到2个，因此出现空洞。

3. 自增空洞（auto-increment sequence gap）

关于 AUTO_INCREMENT 自增出现空洞的问题，有必要再说明一下。

1. 在 0, 1, 2 三种任何模式下，如果事务回滚，那么里面获得自增值的sql回滚，但产生的自增值会一起丢失，不可能重新分配给其它insert语句。这也会产生空洞。

2. 在大块插入情景下

   • innodb_autoinc_lock_mode为 0 或 1 时，因为 AUTO-INC 锁会持续到语句结束，同一时间只有一个 语句 在表上执行，所以自增值是连续的（其它事务需要等待），不会有空洞；
   • innodb_autoinc_lock_mode为 2 时，两个 “大块插入” 之间可能会有空洞，因为每条语句事先无法预知精确的数量而导致分配过多的id，可能有空洞。

4. 混合插入对 AUTO_INCREMENT 的影响

混合插入在 innodb_autoinc_lock_mode 不同模式下会有对 表自增值有不同的表现。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

CREATE TABLE t1 ( c1 INT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, c2 CHAR(1) ) ENGINE=INNODB; ALTER TABLE t1 AUTO_INCREMENT 101; mysql> SHOW CREATE TABLE t1G *************************** 1. row *************************** Table: t1 Create Table: CREATE TABLE `t1` ( `c1` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `c2` char(1) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`c1`) ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=101 DEFAULT CHARSET=utf8

1. mode 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

mysql> select @@innodb_autoinc_lock_mode; +----------------------------+ | @@innodb_autoinc_lock_mode | +----------------------------+ | 0 | +----------------------------+ mysql> INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d'); mysql> select * from t1; +-----+------+ | c1 | c2 | +-----+------+ | 1 | a | | 5 | c | | 101 | b | | 102 | d | +-----+------+ mysql> show create table t1G ... ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=103 DEFAULT CHARSET=utf8 ...

可以看到下一个自增值是 103 ，因为即使这是 一条 insert语句（多行记录），自增值还是每次分配一个，不会在语句开始前一次分配全。

2. mode 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

mysql> truncate table t1; ALTER TABLE t1 AUTO_INCREMENT 101; -- 复原 mysql> select @@innodb_autoinc_lock_mode; +----------------------------+ | @@innodb_autoinc_lock_mode | +----------------------------+ | 1 | +----------------------------+ 1 row in set (0.00 sec) mysql> INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d'); Query OK, 4 rows affected (0.00 sec) Records: 4 Duplicates: 0 Warnings: 0 mysql> select * from t1; +-----+------+ | c1 | c2 | +-----+------+ | 1 | a | | 5 | c | | 101 | b | | 102 | d | +-----+------+ mysql> show create table t1G ... ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=105 DEFAULT CHARSET=utf8

可以看到最终插入的值是一样的，但下一个自增值变成了 105，因为该模式下insert语句处理的时候，提前分配了 4 个自增值，但实际只有了两个。

注：如果你的insert自增列全都有带值，那么处理的时候是不会分配自增值的，经过下面这个实验，可以知道 分配自增值，是在遇到第一个没有带自增列的行时，一次性分配的 ：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

-- Tx1，先运行。 -- 插入第2行的时候 sleep 5s INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (2,'e'),(sleep(5)+6,'g'),(NULL,'f'), (NULL,'h'); -- Tx2，后运行。 -- 第一行没有给自增列值，马上分配 4 个 INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (NULL,'b'), (1,'a'), (sleep(5)+5,'c'), (NULL,'d'); -- 得到的结果是 +-----+------+ | c1 | c2 | +-----+------+ | 1 | a | | 2 | e | | 5 | c | | 6 | g | | 101 | b | | 102 | d | | 105 | f | | 106 | h | +-----+------+

3. mode 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

mysql> truncate table t1; ALTER TABLE t1 AUTO_INCREMENT 101; -- 复原 mysql> select @@innodb_autoinc_lock_mode; +----------------------------+ | @@innodb_autoinc_lock_mode | +----------------------------+ | 2 | +----------------------------+ mysql> INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d'); mysql> select * from t1; +-----+------+ | c1 | c2 | +-----+------+ | 1 | a | | 5 | c | | 101 | b | | 102 | d | +-----+------+ mysql> show create table t1G ... ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=105 DEFAULT CHARSET=utf8

结果看起来与 连续模式 一样，其实不然！该模式下，如果另外一个 大块插入 并发执行时，可能会出现以下现象：

1. 大块插入的的自增值有间断
2. 其它并发执行的事务插入出现 duplicate-key error

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

第1点 (create t2 select * from t1) Tx1: insert into t1(c2) select c2 from t2； -- 先执行 Tx2: INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d'); -- 后 并发执行 在交叉模式下，Tx1事务插入的数据行会与 Tx1 交叉出现。 注：如果 Tx1 改成 insert into t1 select * from t2 ，那么 Tx2 执行极有可能会报 duplicate-key error，与下面第2点所说的重复键是不一样的 第2点 mysql> truncate table t1; ALTER TABLE t1 AUTO_INCREMENT 5; -- 复原 mysql> INSERT INTO t1 (c1,c2) VALUES (1,'a'), (NULL,'b'), (5,'c'), (NULL,'d'); ERROR 1062 (23000): Duplicate entry '5' for key 'PRIMARY'

总结

上面说了这么多，那么自增模式到底该怎么选择呢？其实很简单，目前数据库默认的 consecutive 即 innodb_autoinc_lock_mode=1 就是最好的模式，一般业务生产库不会有 insert into ... select ...或者 load data infile 这样的维护动作。（提示：即使晚上有数据迁移任务，也不要通过这样的形式进行）

innodb_autoinc_lock_mode=2 可以提高获取表自增id的并发能力（性能），但是除非出现上面演示的 duplicate-key 特殊用法情形，不会像网上所说的获取到相同key导致重复的问题。但是如果binlog在 RBR 格式下不建议使用，可能出现主从数据不一致。还有就是能够容忍gap的存在，以及多个语句insert的自增值交叉。

参考： https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-auto-increment-handling.html

下篇分析遇到过的 MySQL 自增主键相关的具体问题。

转载地址：http://seanlook.com/2017/02/16/mysql-autoincrement/