PolarDB for PostgreSQL 序列(Sequence)技术深度解析-优快云博客

PolarDB for PostgreSQL 序列(Sequence)技术深度解析

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引言

在数据库系统中，序列(Sequence)是一种非常重要的对象，它为应用程序提供了高效、可靠的唯一值生成机制。本文将深入探讨 PolarDB for PostgreSQL 中的序列技术实现原理，帮助开发者更好地理解和使用这一功能。

序列基础概念

什么是序列

序列是数据库中的一个特殊对象，它能够按照预定义的规则生成一系列有序的数字。这些数字通常用于：

作为表的主键值
生成唯一的订单号或交易号
实现多表共享的计数器功能

序列的核心特性

根据 ANSI SQL 标准，序列应当具备以下特性：

作为独立数据库对象存在（与表、视图同级别）
可配置多种生成属性：初始值、步长、最大值/最小值、循环模式、缓存大小等
基于当前值进行递增或递减
循环模式下具有周期性，非循环模式下具有单调性

序列的使用方法

基本SQL接口

PolarDB for PostgreSQL 提供了丰富的序列操作接口：

nextval - 获取序列的下一个值
```
SELECT nextval('my_sequence');
```
currval - 获取当前会话中最近使用的序列值
```
SELECT currval('my_sequence');
```
lastval - 获取当前会话中最近使用的任意序列值
```
SELECT lastval();
```
setval - 设置序列的当前值
```
SELECT setval('my_sequence', 100);
```

序列创建与修改

创建序列的基本语法：

CREATE SEQUENCE seq_name
    [INCREMENT BY increment]
    [MINVALUE minvalue | NO MINVALUE]
    [MAXVALUE maxvalue | NO MAXVALUE]
    [START WITH start]
    [CACHE cache]
    [CYCLE | NO CYCLE];

修改序列的语法：

ALTER SEQUENCE seq_name
    [INCREMENT BY increment]
    [MINVALUE minvalue | NO MINVALUE]
    [MAXVALUE maxvalue | NO MAXVALUE]
    [RESTART [WITH restart]]
    [CACHE cache]
    [CYCLE | NO CYCLE];

序列的典型应用场景

显式调用 - 直接在SQL语句中使用

INSERT INTO users (id, name) VALUES (nextval('user_id_seq'), '张三');

默认值约束 - 作为列的默认值

CREATE TABLE users (
    id BIGINT DEFAULT nextval('user_id_seq'),
    name VARCHAR(100)
);

SERIAL类型 - 简化自增列创建

CREATE TABLE users (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100)
);

IDENTITY列 - PostgreSQL 10+引入的标准语法

CREATE TABLE users (
    id INT GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
    name VARCHAR(100)
);

序列的实现原理

序列的存储结构

PolarDB for PostgreSQL 中序列的实现包含两部分：

系统表pg_sequence - 存储序列的元数据信息

CREATE TABLE pg_sequence (
    seqrelid OID NOT NULL,     -- 序列关系的OID
    seqtypid OID NOT NULL,     -- 序列数据类型
    seqstart BIGINT NOT NULL,  -- 起始值
    seqincrement BIGINT NOT NULL, -- 增量
    seqmax BIGINT NOT NULL,    -- 最大值
    seqmin BIGINT NOT NULL,    -- 最小值
    seqcache BIGINT NOT NULL,  -- 缓存大小
    seqcycle BOOLEAN NOT NULL  -- 是否循环
);

序列数据表 - 存储序列的当前状态

typedef struct {
    int64 last_value;  // 当前序列值
    int64 log_cnt;     // WAL日志计数
    bool is_called;    // 是否已被调用
} FormData_pg_sequence_data;

序列值生成机制

序列值的生成过程遵循以下规则：

当调用nextval时，系统首先检查会话缓存中是否有可用的序列值
如果缓存耗尽，则：
- 获取序列数据表的排他锁
- 更新last_value字段
- 计算新的缓存范围
- 释放锁
WAL日志优化：
- 不是每次nextval都写WAL
- 使用log_cnt字段记录预申请的序列值数量
- 默认预申请32个值(SEQ_LOG_VALS)

缓存机制

为了提高并发性能，PolarDB for PostgreSQL 实现了序列会话缓存：

每个会话维护自己的序列值缓存
缓存大小由CACHE参数指定
只有当缓存耗尽时才需要访问序列数据表

缓存数据结构：

typedef struct {
    Oid relid;        // 序列OID
    int64 last;       // 最后返回的值
    int64 cached;     // 已缓存的最后一个值
    int64 increment;  // 增量值
} SeqTableData;

性能优化建议

合理设置CACHE大小：
- 高并发场景下增大CACHE值
- 但过大的CACHE可能导致序列值不连续
选择合适的序列类型：
- 根据需求范围选择smallint/int/bigint
- 避免不必要的空间浪费
避免频繁创建/删除序列：
- 序列创建有一定开销
- 考虑重用现有序列

常见问题解答

Q: 为什么序列值在事务回滚后不回滚？

A: 这是设计使然。序列值生成不受事务保护，以保证高性能和唯一性。如果需要事务保护的值，应考虑其他方案。

Q: 序列值会出现空洞吗？

A: 会的。在以下情况可能出现空洞：

事务回滚
系统崩溃
使用CACHE参数

Q: 如何重置序列？

A: 可以使用：

ALTER SEQUENCE seq_name RESTART WITH 1;

或者

SELECT setval('seq_name', 1, false);

总结

PolarDB for PostgreSQL 的序列实现提供了高性能、高可用的唯一值生成方案。通过理解其内部实现机制，开发者可以更好地利用这一功能，设计出更高效的数据库应用。序列的缓存机制和WAL优化使其在高并发场景下仍能保持良好的性能表现。

在实际应用中，应根据具体场景选择合适的序列使用方式，并合理配置相关参数，以达到最佳的性能和功能平衡。

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考