Add files via upload

Author: zhangyijun402

MySQL自增主键一定是连续的吗.md

@@ -0,0 +1,225 @@
+原文：https://mp.weixin.qq.com/s/qci10h9rJx_COZbHV3aygQ
+
+
+
+# MySQL自增主键一定是连续的吗
+
+众所周知，自增主键可以让聚集索引尽量地保持递增顺序插入，避免了随机查询，从而提高了查询效率。
+
+但实际上，MySQL 的自增主键并不能保证一定是连续递增的。
+
+下面举个例子来看下，如下所示创建一张表：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/3e6b80ba50cb425386b80924e3da0d23~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+
+
+## [自增值保存在哪里？](https://javaguide.cn/database/mysql/mysql-auto-increment-primary-key-continuous.html#自增值保存在哪里)
+
+使用 `insert into test_pk values(null, 1, 1)` 插入一行数据，再执行 `show create table` 命令来看一下表的结构定义：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/c17e46230bd34150966f0d86b2ad5e91~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+上述表的结构定义存放在后缀名为 `.frm` 的本地文件中，在 MySQL 安装目录下的 data 文件夹下可以找到这个 `.frm` 文件：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/3ec0514dd7be423d80b9e7f2d52f5902~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+从上述表结构可以看到，表定义里面出现了一个 `AUTO_INCREMENT=2`，表示下一次插入数据时，如果需要自动生成自增值，会生成 id = 2。
+
+但需要注意的是，自增值并不会保存在这个表结构也就是 `.frm` 文件中，不同的引擎对于自增值的保存策略不同：
+
+1）MyISAM 引擎的自增值保存在数据文件中
+
+2）InnoDB 引擎的自增值，其实是保存在了内存里，并没有持久化。第一次打开表的时候，都会去找自增值的最大值 `max(id)`，然后将 `max(id)+1` 作为这个表当前的自增值。
+
+举个例子：我们现在表里当前数据行里最大的 id 是 1，AUTO_INCREMENT=2，对吧。这时候，我们删除 id=1 的行，AUTO_INCREMENT 还是 2。
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/61b8dc9155624044a86d91c368b20059~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+但如果马上重启 MySQL 实例，重启后这个表的 AUTO_INCREMENT 就会变成 1。 也就是说，MySQL 重启可能会修改一个表的 AUTO_INCREMENT 的值。
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/27fdb15375664249a31f88b64e6e5e66~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/dee15f93e65d44d384345a03404f3481~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+以上，是在我本地 MySQL 5.x 版本的实验，实际上，**到了 MySQL 8.0 版本后，自增值的变更记录被放在了 redo log 中，提供了自增值持久化的能力** ，也就是实现了“如果发生重启，表的自增值可以根据 redo log 恢复为 MySQL 重启前的值”
+
+也就是说对于上面这个例子来说，重启实例后这个表的 AUTO_INCREMENT 仍然是 2。
+
+理解了 MySQL 自增值到底保存在哪里以后，我们再来看看自增值的修改机制，并以此引出第一种自增值不连续的场景。
+
+
+
+## [自增值不连续的场景](#自增值不连续的场景)
+
+### [自增值不连续场景 1](#自增值不连续场景-1)
+
+在 MySQL 里面，如果字段 id 被定义为 AUTO_INCREMENT，在插入一行数据的时候，自增值的行为如下：
+
+- 如果插入数据时 id 字段指定为 0、null 或未指定值，那么就把这个表当前的 AUTO_INCREMENT 值填到自增字段；
+- 如果插入数据时 id 字段指定了具体的值，就直接使用语句里指定的值。
+
+根据要插入的值和当前自增值的大小关系，自增值的变更结果也会有所不同。假设某次要插入的值是 `insert_num`，当前的自增值是 `autoIncrement_num`：
+
+- 如果 `insert_num < autoIncrement_num`，那么这个表的自增值不变
+- 如果 `insert_num >= autoIncrement_num`，就需要把当前自增值修改为新的自增值
+
+也就是说，如果插入的 id 是 100，当前的自增值是 90，`insert_num >= autoIncrement_num`，那么自增值就会被修改为新的自增值即 101
+
+一定是这样吗？
+
+非也~
+
+了解过分布式 id 的小伙伴一定知道，为了避免两个库生成的主键发生冲突，我们可以让一个库的自增 id 都是奇数，另一个库的自增 id 都是偶数
+
+这个奇数偶数其实是通过 `auto_increment_offset` 和 `auto_increment_increment` 这两个参数来决定的，这俩分别用来表示自增的初始值和步长，默认值都是 1。
+
+所以，上面的例子中生成新的自增值的步骤实际是这样的：从 `auto_increment_offset` 开始，以 `auto_increment_increment` 为步长，持续叠加，直到找到第一个大于 100 的值，作为新的自增值。
+
+所以，这种情况下，自增值可能会是 102，103 等等之类的，就会导致不连续的主键 id。
+
+更遗憾的是，即使在自增初始值和步长这两个参数都设置为 1 的时候，自增主键 id 也不一定能保证主键是连续的
+
+
+
+### [自增值不连续场景 2](https://javaguide.cn/database/mysql/mysql-auto-increment-primary-key-continuous.html#自增值不连续场景-2)
+
+举个例子，我们现在往表里插入一条 (null,1,1) 的记录，生成的主键是 1，AUTO_INCREMENT= 2，对吧
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/c22c4f2cea234c7ea496025eb826c3bc~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+这时我再执行一条插入 `(null,1,1)` 的命令，很显然会报错 `Duplicate entry`，因为我们设置了一个唯一索引字段 `a`：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/c0325e31398d4fa6bb1cbe08ef797b7f~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+但是，你会惊奇的发现，虽然插入失败了，但自增值仍然从 2 增加到了 3！
+
+这是为啥？
+
+我们来分析下这个 insert 语句的执行流程：
+
+1. 执行器调用 InnoDB 引擎接口准备插入一行记录 (null,1,1);
+2. InnoDB 发现用户没有指定自增 id 的值，则获取表 `test_pk` 当前的自增值 2；
+3. 将传入的记录改成 (2,1,1);
+4. 将表的自增值改成 3；
+5. 继续执行插入数据操作，由于已经存在 a=1 的记录，所以报 Duplicate key error，语句返回
+
+可以看到，自增值修改的这个操作，是在真正执行插入数据的操作之前。
+
+这个语句真正执行的时候，因为碰到唯一键 a 冲突，所以 id = 2 这一行并没有插入成功，但也没有将自增值再改回去。所以，在这之后，再插入新的数据行时，拿到的自增 id 就是 3。也就是说，出现了自增主键不连续的情况。
+
+至此，我们已经罗列了两种自增主键不连续的情况：
+
+1. 自增初始值和自增步长设置不为 1
+2. 唯一键冲突
+
+除此之外，事务回滚也会导致这种情况
+
+
+
+### [自增值不连续场景 3](https://javaguide.cn/database/mysql/mysql-auto-increment-primary-key-continuous.html#自增值不连续场景-3)
+
+我们现在表里有一行 `(1,1,1)` 的记录，AUTO_INCREMENT = 3：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/6220fcf7dac54299863e43b6fb97de3e~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+我们先插入一行数据 `(null, 2, 2)`，也就是 (3, 2, 2) 嘛，并且 AUTO_INCREMENT 变为 4：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/3f02d46437d643c3b3d9f44a004ab269~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+再去执行这样一段 SQL：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/faf5ce4a2920469cae697f845be717f5~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+虽然我们插入了一条 (null, 3, 3) 记录，但是使用 rollback 进行回滚了，所以数据库中是没有这条记录的：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/6cb4c02722674dd399939d3d03a431c1~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+在这种事务回滚的情况下，自增值并没有同样发生回滚！如下图所示，自增值仍然固执地从 4 增加到了 5：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/e6eea1c927424ac7bda34a511ca521ae~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+所以这时候我们再去插入一条数据（null, 3, 3）的时候，主键 id 就会被自动赋为 `5` 了：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/80da69dd13b543c4a32d6ed832a3c568~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+那么，为什么在出现唯一键冲突或者回滚的时候，MySQL 没有把表的自增值改回去呢？回退回去的话不就不会发生自增 id 不连续了吗？
+
+事实上，这么做的主要原因是为了提高性能。
+
+我们直接用反证法来验证：假设 MySQL 在事务回滚的时候会把自增值改回去，会发生什么？
+
+现在有两个并行执行的事务 A 和 B，在申请自增值的时候，为了避免两个事务申请到相同的自增 id，肯定要加锁，然后顺序申请，对吧。
+
+1. 假设事务 A 申请到了 id = 1， 事务 B 申请到 id=2，那么这时候表 t 的自增值是 3，之后继续执行。
+2. 事务 B 正确提交了，但事务 A 出现了唯一键冲突，也就是 id = 1 的那行记录插入失败了，那如果允许事务 A 把自增 id 回退，也就是把表的当前自增值改回 1，那么就会出现这样的情况：表里面已经有 id = 2 的行，而当前的自增 id 值是 1。
+3. 接下来，继续执行的其他事务就会申请到 id=2。这时，就会出现插入语句报错“主键冲突”。
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/5f26f02e60f643c9a7cab88a9f1bdce9~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+而为了解决这个主键冲突，有两种方法：
+
+1. 每次申请 id 之前，先判断表里面是否已经存在这个 id，如果存在，就跳过这个 id
+2. 把自增 id 的锁范围扩大，必须等到一个事务执行完成并提交，下一个事务才能再申请自增 id
+
+很显然，上述两个方法的成本都比较高，会导致性能问题。而究其原因呢，是我们假设的这个 “允许自增 id 回退”。
+
+因此，InnoDB 放弃了这个设计，语句执行失败也不回退自增 id。也正是因为这样，所以才只保证了自增 id 是递增的，但不保证是连续的。
+
+综上，已经分析了三种自增值不连续的场景，还有第四种场景：批量插入数据。
+
+
+
+### [自增值不连续场景 4](#自增值不连续场景-4)
+
+对于批量插入数据的语句，MySQL 有一个批量申请自增 id 的策略：
+
+1. 语句执行过程中，第一次申请自增 id，会分配 1 个；
+2. 1 个用完以后，这个语句第二次申请自增 id，会分配 2 个；
+3. 2 个用完以后，还是这个语句，第三次申请自增 id，会分配 4 个；
+4. 依此类推，同一个语句去申请自增 id，每次申请到的自增 id 个数都是上一次的两倍。
+
+注意，这里说的批量插入数据，不是在普通的 insert 语句里面包含多个 value 值！！！，因为这类语句在申请自增 id 的时候，是可以精确计算出需要多少个 id 的，然后一次性申请，申请完成后锁就可以释放了。
+
+而对于 `insert … select`、replace …… select 和 load data 这种类型的语句来说，MySQL 并不知道到底需要申请多少 id，所以就采用了这种批量申请的策略，毕竟一个一个申请的话实在太慢了。
+
+举个例子，假设我们现在这个表有下面这些数据：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/6453cfc107f94e3bb86c95072d443472~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+我们创建一个和当前表 `test_pk` 有相同结构定义的表 `test_pk2`：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/45248a6dc34f431bba14d434bee2c79e~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+然后使用 `insert...select` 往 `teset_pk2` 表中批量插入数据：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/c1b061e86bae484694d15ceb703b10ca~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+可以看到，成功导入了数据。
+
+再来看下 `test_pk2` 的自增值是多少：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/0ff9039366154c738331d64ebaf88d3b~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+如上分析，是 8 而不是 6
+
+具体来说，insert……select 实际上往表中插入了 5 行数据 （1 1）（2 2）（3 3）（4 4）（5 5）。但是，这五行数据是分三次申请的自增 id，结合批量申请策略，每次申请到的自增 id 个数都是上一次的两倍，所以：
+
+- 第一次申请到了一个 id：id=1
+- 第二次被分配了两个 id：id=2 和 id=3
+- 第三次被分配到了 4 个 id：id=4、id = 5、id = 6、id=7
+
+由于这条语句实际只用上了 5 个 id，所以 id=6 和 id=7 就被浪费掉了。之后，再执行 `insert into test_pk2 values(null,6,6)`，实际上插入的数据就是（8,6,6)：
+
+![img](https://oss.javaguide.cn/p3-juejin/51612fbac3804cff8c5157df21d6e355~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png)
+
+
+
+## [小结](https://javaguide.cn/database/mysql/mysql-auto-increment-primary-key-continuous.html#小结)
+
+本文总结下自增值不连续的 4 个场景：
+
+1. 自增初始值和自增步长设置不为 1
+2. 唯一键冲突
+3. 事务回滚
+4. 批量插入（如 `insert...select` 语句）