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  • 自增值保存在哪儿
  • 自增值修改机制
  • 自增值的修改时机
  • 自增锁的优化
  • 参考资料


这篇文章主要介绍 MySQL 的自增主键，由于自增主键可以让主键索引尽量地保持递增顺序插入，避免了页分裂，因此索引更紧凑。但自增主键不能保证连续递增，why？接下来我们就来分析一下是什么原因。

自增值保存在哪儿

表的结构定义存放在后缀名为.frm的文件中，但是并不会保存自增值。不同的引擎对于自增值的保存策略不同。

  • MyISAM引擎的自增值保存在数据文件中。
  • InnoDB引擎的自增值是保存在了内存里，到了MySQL 8.0版本后，才有了“自增值持久化”的能力，即才实现了“如果发生重启，表的自增值可以恢复为MySQL重启前的值”，具体情况是：
  • 在MySQL 5.7及之前的版本，自增值保存在内存里，并没有持久化。每次重启后，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。
    比如一个表当前数据行里最大的id是10，AUTO_INCREMENT=11。这时删除id=10的行，AUTO_INCREMENT还是11。但如果马上重启实例，重启后这个表的AUTO_INCREMENT就会变成10。
    也就是说，MySQL重启可能会修改一个表的AUTO_INCREMENT的值。
  • 在MySQL 8.0版本，将自增值的变更记录在了redo log中，重启的时候依靠redo log恢复重启之前的值。

自增值修改机制

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：

  1. 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；
  2. 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X，当前的自增值是Y。

  1. 如果X<Y，那么这个表的自增值不变；
  2. 如果X≥Y，就需要把当前自增值修改为新的自增值。

新的自增值生成算法是：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X的值，作为新的自增值。

其中，auto_increment_offset 和 auto_increment_increment是两个系统参数，分别用来表示自增的初始值和步长，默认值都是1。

当auto_increment_offset和auto_increment_increment都是1的时候，新的自增值生成逻辑很简单，就是：

  1. 如果准备插入的值>=当前自增值，新的自增值就是“准备插入的值+1”；
  2. 否则，自增值不变。

在这两个参数都设置为1的时候，自增主键id却不能保证是连续的，这是什么原因呢？

自增值的修改时机

假设，表t里面已经有了(1,1,1)这条记录，这时我再执行一条插入数据命令：

insert into t values(null, 1, 1);

这个语句的执行流程就是：

  1. 执行器调用InnoDB引擎接口写入一行，传入的这一行的值是(0,1,1);
  2. InnoDB发现用户没有指定自增id的值，获取表t当前的自增值2；
  3. 将传入的行的值改成(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c=1（规定c唯一）的记录，所以报Duplicate key error，语句返回。

这个语句真正执行的时候，因为碰到唯一键c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。

唯一键冲突是导致自增主键id不连续的第一种原因。

**事务回滚也会产生类似的现象，这就是第二种原因。**自增值不能回退，这么设计是为了提升性能。

所以才只保证了自增id是递增的，但不保证是连续的。

自增锁的优化

自增id锁并不是一个事务锁，而是每次申请完就马上释放，以便允许别的事务再申请。

在MySQL 5.0版本的时候，自增锁的范围是语句级别。也就是说，如果一个语句申请了一个表自增锁，这个锁会等语句执行结束以后才释放。显然，这样设计会影响并发度。

MySQL 5.1.22版本引入了一个新策略，新增参数innodb_autoinc_lock_mode，默认值是1。

  1. 这个参数的值被设置为0时，表示采用之前MySQL 5.0版本的策略，即语句执行结束后才释放锁；
  2. 这个参数的值被设置为1时：
  • 普通insert语句，自增锁在申请之后就马上释放；
  • 类似insert … select这样的批量插入数据的语句，自增锁还是要等语句结束后才被释放；
  1. 这个参数的值被设置为2时，所有的申请自增主键的动作都是申请后就释放锁。

因此，在生产上，尤其是有insert … select这种批量插入数据的场景时，从并发插入数据性能的角度考虑，我建议你这样设置：innodb_autoinc_lock_mode=2 ，并且 binlog_format=row.这样做，既能提升并发性，又不会出现数据一致性问题。

注意，这里说的批量插入数据，包含的语句类型是insert … select、replace … select和load data语句。

但是，在普通的insert语句里面包含多个value值的情况下，即使innodb_autoinc_lock_mode设置为1，也不会等语句执行完成才释放锁。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。

也就是说，批量插入数据的语句，之所以需要这么设置，是因为“不知道要预先申请多少个id”。

既然预先不知道要申请多少个自增id，那么一种直接的想法就是需要一个时申请一个。但如果一个select … insert语句要插入10万行数据，按照这个逻辑的话就要申请10万次。显然，这种申请自增id的策略，在大批量插入数据的情况下，不但速度慢，还会影响并发插入的性能。

因此，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。

可能会造成多申请的自增id没用到，这是主键id出现自增id不连续的第三种原因。

参考资料

《MySQL 必知必会》

《MySQL 45讲》