分布式系统--主键id的选择

最新推荐文章于 2025-01-10 13:55:12 发布

Jimmy_Lyu

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分类专栏： Mysql 文章标签： mysql 数据库 java

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本文探讨了在分布式系统中，自增主键和UUID作为主键的优缺点。自增主键在读取性能、写入性能和空间占用上有优势，但面临并发插入的锁竞争问题。UUID则能保证全局唯一性，但在写入速度和存储空间上存在问题。文章还提到了其他主键生成方式，如ID生成服务器和COMB主键，并通过500万级数据测试对比了它们的性能表现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

自增主键和UUID的区别和选择

自增主键的介绍和优缺点

设计表时，将id字段的值设置为自增的形式，当插入一行数据时，无需指定id会自动根据前一字段的ID值+1 进行填充，mysql中可通过auto-increment来实现。
在分布式业务环境下，需要考虑业务的拓展情况设置步长，比如有三台服务器，就把步长设置为3，起始值分别为（1，2，3），这样三张表的主键就绝对不会重复了，而且也不用另外做三张表的逻辑关联了。

修改MySQL【默认自动增长的步长】
set global auto_increment_increment=1; — 设置序列的增长值
show global variables; — 显示所有的global变量
show global variables like ‘%test%’ — 查询包含test字符串的global变量

自增主键的好处

字段长度小于uuid，可以是bigint甚至int类型，使用innodb引擎时，根据索引找到主键，再找记录。–读取性能高。
自增的主键是有顺序的，所以innodb把新的记录存储在最后一条记录的后面。因为如此，mysql定位和寻址的速度很快，不会为了计算新行的位置而额外的消耗性能–写入性能高
当页面达到最大填充因子的时候（默认是15/16,会留出1/16的空间留作以后的修改）下一条记录会写入新的页中，主键页近乎于顺序的方式把记录填满，提升了页面的最大填充率，不会有页的浪费。-- 空间占用小
增加记录时，可以不指定id字段，也不需要担心主键重复问题

自增主键的问题

高并发的情况下，插入时会造成明显的锁争用，并发插入会导致间隙锁的竞争。
Auto_increment锁机制会造成自增锁的抢夺，会有性能损失。
如果数据被爬取了，竞争对手可以通过自增id的数字来判断出业务增长信息以及经营状况。

UUID的介绍和优缺点

在一台机器上生成的数字，保证对同一时空中所有的机器都是唯一的，在一定范围内保证主键id的唯一性

UUID的好处

不会产生冲突，进行数据拆分，合并存储时都可以做到全局唯一
在应用层生成，提高数据库吞吐能力（自增的会产生自增锁竞争）
安全性高，无法被分析业务和经营情况

UUID的问题

严重影响插入速度！uuid是毫无规律可言的，innodb无法做到总是把新行插入索引的最后，所以在插入时需要为新行寻找合适的位置来分配新的空间，这个过程会产生很多额外的操作。
1. 写入的目标页可能已经刷新到磁盘上或者从缓存中移除了，或者还没加载到缓存。
  innodb在插入这条数据时不得不先找到该页，并加载到内存中，这将导致大量的随机IO。
2. 因为写入是乱序的，innodb不得不频繁的做页分裂操作，以便为新的行分配空间，页分裂会导致移动大量的数据，而且一次插入最少需要修改三个页以上。
3. 由于频繁的页分裂，页会变得稀疏并被不规则地填充，最终会导致数据有碎片。

为什么uuid插入时比自增ID要慢

对于InnoDB这种聚集主键类型的引擎来说，数据会按照主键进行排序，由于UUID的无序性，InnoDB会产生巨大的IO压力，而且由于索引和数据存储在一起，字符串做主键会造成存储空间增大一倍。

在存储和检索的时候，innodb会对主键进行物理排序，这对auto_increment_int是个好消息，因为后一次插入的主键位置总是在最后。

但是对uuid来说，这却是个坏消息，因为uuid是杂乱无章的，每次插入的主键位置是不确定的，可能在开头，也可能在中间，在进行主键物理排序的时候，势必会造成大量的 IO操作影响效率，在数据量不停增长的时候，特别是数据量上了千万记录的时候，读写性能下降的非常厉害。

其他数据库主键生成方式

1.ID生成服务器（不推荐）

建立两台以上的数据库ID生产服务器，每个服务器都有一张记录当前各表当前ID的MaxId表，MaxId中Id的增长步长是id生成服务器的数量。

ID生成服务器的好处

生成id较短，友好型比较好
将产生ID的压力均匀分散在多台id生成服务器上
当一个服务器失效后，系统能自动切换到另外一个服务器获取id，解决了因为单点问题导致的系统的错误。

ID生成服务器的坏处

把主键生成放到外部服务器进行，那么就不得不通过网络通信来完成主键值的传递，而网络是计算机体系里效率最低的方式，在数据量大，新增操作频繁时会成为关键的短板和瓶颈。
当要添加id生成器的新节点时，需要对原有数据重新根据步长计算迁移数据。
多服务器会面临引入集群系统带来的风险和工作量，为系统开发增加了开发难度和运维风险，没有必要自讨苦吃。