DevNotes - 数据库主键一定要自增吗？有哪些场景不建议自增？ - 《SQL》

主键不自增行不行
为什么要用自增主键
没有主键可以
有没有建议主键不自增的场景
总结

MySQL
平时建表的时候，一般会像下面这样。

CREATE TABLE `user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `name` char(10) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名字',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB  DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

出于习惯，一般会加一列id作为主键，而这个主键一般边上都有个AUTO_INCREMENT，意思是这个主键是自增的。自增就是i++，也就是每次都加1。
但问题来了。
主键id不自增行不行？
为什么要用自增id做主键？
离谱点，没有主键可以吗？
什么情况下不应该自增？
被这么一波追问，念头都不通达了？
这里会尝试回答这几个问题。

主键不自增行不行

当然是可以的。比如可以把建表sql里的AUTO_INCREMENT去掉。

CREATE TABLE `user` (
  `id` int NOT NULL COMMENT '主键',
  `name` char(10) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名字',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

然后执行

INSERT INTO `user` (`name`)  VALUES    ('debug');

这时候会报错Field ‘id’ doesn’t have a default value。也就是说如果不让主键自增的话，那在写数据的时候需要自己指定id的值是多少，想要主键id是多少就写多少进去，不写就报错。
改成下面这样就好了

INSERT INTO `user` (`id`,`name`)  VALUES    (10, 'debug');

为什么要用自增主键

在数据库里保存的数据就跟excel表一样，一行行似的。
user表
而在底层，这一行行数据，就是保存在一个个16k大小的页里。
每次都去遍历所有的行性能会不好，于是为了加速搜索，可以根据主键id，从小到大排列这些行数据，将这些数据页用双向链表的形式组织起来，再将这些页里的部分信息提取出来放到一个新的16kb的数据页里，再加入层级的概念。于是，一个个数据页就被组织起来了，成为了一棵B+树索引。
B+树结构
而在建表sql里声明了PRIMARY KEY (id)时，mysql的innodb引擎，就会为主键id生成一个主键索引，里面就是通过B+树的形式来维护这套索引。
到这里，有两个点是需要关注的：

数据页大小是固定16k
数据页内，以及数据页之间，数据主键id都是从小到大排序的

由于数据页大小固定了是16k，当需要插入一条新的数据，数据页会被慢慢放满，当超过16k时，这个数据页就有可能会进行分裂。
针对B+树叶子节点，如果主键是自增的，那它产生的id每次都比前一次要大，所以每次都会将数据加在B+树尾部，B+树的叶子节点本质上是双向链表，查找它的首部和尾部，时间复杂度O(1)。而如果此时最末尾的数据页满了，那创建个新的页就好。
主键id自增的情况
如果主键不是自增的，比方说上次分配了id=7，这次分配了id=3，为了让新加入数据后B+树的叶子节点还能保持有序，它就需要往叶子结点的中间找，查找过程的时间复杂度是O(lgn)，如果这个页正好也满了，这时候就需要进行页分裂了。并且页分裂操作本身是需要加悲观锁的。总体看下来，自增的主键遇到页分裂的可能性更少，因此性能也会更高。
主键id不自增的情况

没有主键可以

MySQL表如果没有主键索引，查个数据都得全表扫描，那既然它这么重要，那么不声明主键，可以吗？
完全可以不声明主键。
确实可以在建表sql里写成这样。

CREATE TABLE `user` (
  `name` char(10) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名字'
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

看起来确实是没有主键的样子。然而实际上，MySQL的innodb引擎内部会生成一个名为ROW_ID列，它是个6字节的隐藏列，平时也看不到它，但实际上，它也是自增的。有了这层兜底机制保证，数据表肯定会有主键和主键索引。
跟ROW_ID被隐藏的列还有trx_id字段，用于记录当前这一行数据行是被哪个事务修改的，和一个roll_pointer字段，这个字段是用来指向当前这个数据行的上一个版本，通过这个字段，可以为这行数据形成一条版本链，从而实现多版本并发控制（MVCC）。
隐藏的row_id列

有没有建议主键不自增的场景

前面提到了主键自增可以带来很多好处，事实上大部分场景下，都建议主键设为自增。
那有没有不建议主键自增的场景呢？

MySQL分库分表下的id

聊到分库分表，那就需要说明下，递增和自增的区别了，自增就是每次都+1，而递增则是新的id比上一个id要大就行了，具体大多少，没关系。
MySQL在水平分库分表时，一般有两种方式。
一种分表方式是通过对id取模进行分表，这种要求递增就好，不要求严格自增，因为取模后数据会被分散到多个分表中，就算id是严格自增的，在分散之后，都只能保证每个分表里id只能是递增的。
根据id取模分表
另一种分表方式是根据id的范围进行分表（分片），它会划出一定的范围，比如以2kw为一个分表的大小，那0~2kw就放在这张分表中，2kw~4kw放在另一张分表中，数据不断增加，分表也可以不断增加，非常适合动态扩容，但它要求id自增，如果id递增，数据则会出现大量空洞。举个例子，比如第一次分配id=2，第二次分配id=2kw，这时候第一张表的范围就被打满了，后面再分配一个id，比如是3kw，就只能存到2kw~4kw（第二张）的分表中。在0~2kw这个范围的分表，也就存了两条数据，这太浪费了。
根据id范围分表
但不管哪种分表方式，一般是不可能继续用原来表里的自增主键的，原因也比较好理解，原来的每个表如果都从0开始自增的话，那好几个表就会出现好几次重复的id，根据id唯一的原则，这显然不合理。
所以在分库分表的场景下，插入的id都是专门的id服务生成的，如果是要严格自增的话，那一般会通过redis来获得，当然不会是一个id请求获取一次，一般会按批次去获得，比如一次性获得100个。快用完了再去获取下一批100个。
但这个方案有个问题，它严重依赖redis，如果redis挂了，那整个功能就傻了。
有没有不依赖于其他第三方组件的方法呢？

雪花算法

有，比如Twitter开源的雪花算法。
雪花算法通过64位有特殊含义的数字来组成id。

首先第0位不用。
接下来的41位是时间戳。精度是毫秒，这个大小大概能表示个69年左右，因为时间戳随着时间流逝肯定是越来越大的，所以这部分决定了生成的id肯定是越来越大的。
再接下来的10位是指产生这些雪花算法的工作机器id，这样就可以让每个机器产生的id都具有相应的标识。
再接下来的12位，序列号，就是指这个工作机器里生成的递增数字。
可以看出，只要处于同一毫秒内，所有的雪花算法id的前42位的值都是一样的，因此在这一毫秒内，能产生的id数量就是 2的10次方✖️2的12次方，大概400w，肯定是够用了，甚至有点多了。
但是！
细心的兄弟们肯定也发现了，雪花算法它算出的数字动不动就比上次的数字多个几百几万的，也就是它生成的id是趋势递增的，并不是严格+1自增的，也就是说它并不太适合于根据范围来分表的场景。这是个非常疼的问题。
还有个小问题是，那10位工作机器id，每次扩容一个工作机器，这个机器怎么知道自己的id是多少呢？是不是得从某个地方读过来。
那有没有一种生成id生成方案，既能让分库分表能做到很好的支持动态扩容，又能像雪花算法那样并不依赖redis这样的第三方服务。
有。这就是这篇文章的重点了。

适合分库分表的uuid算法

可以参考雪花算法的实现，设计成下面这样。注意下面的每一位，都是十进制，而不是二进制。
适合分库分表的uuid算法
开头的12位依然是时间，但并不是时间戳，雪花算法的时间戳精确到毫秒，用不上这么细，改为yyMMddHHmmss，注意开头的yy是两位，也就是这个方案能保证到2099年之前，id都不会重复，能用到重复，那也是真·百年企业。同样由于最前面是时间，随着时间流逝，也能保证id趋势递增。
接下来的10位，用十进制的方式表示工作机器的ip，就可以把12位的ip转为10位的数字，它可以保证全局唯一，只要服务起来了，也就知道自己的ip是多少了，不需要像雪花算法那样从别的地方去读取worker id了，又是一个小细节。
在接下来的6位，就用于生成序列号，它能支持每秒钟生成100w个id。
最后的4位，也是这个id算法最妙的部分。它前2位代表分库id，后2位代表分表id。也就是支持一共100100=1w张分表。
举个例子，假设只用了1个分库，当一开始只有3张分表的情况下，那可以通过配置，要求生成的uuid最后面的2位，取值只能是[0,1,2]，分别对应三个表。这样生成出来的id，就能非常均匀的落到三个分表中，这还顺带解决了单个分表热点写入的问题。
如果随着业务不断发展，需要新加入两张新的表(3和4)，同时第0张表有点满了，不希望再被写了，那就将配置改为[1,2,3,4]，这样生成的id就不会再插入到对应的0表中。同时还可以加入生成id的概率和权重来调整哪个分表落更多数据。
有了这个新的uuid方案，*既可以保证生成的数据趋势递增，同时也能非常方便扩展分表。非常nice。
数据库有那么多种，MySQL只是其中一种，那其他数据库也是要求主键自增吗？

tidb的主键id不建议自增

tidb是一款分布式数据库，作为MySQL分库分表场景下的替代产品，可以更好的对数据进行分片。
它通过引入Range的概念进行数据表分片，比如第一个分片表的id在0~2kw，第二个分片表的id在2kw~4kw。这其实就是根据id范围进行数据库分表。
它的语法几乎跟MySQL一致，用起来大部分时候是无感的。
但跟MySQL有一点很不一样的就是，MySQL建议id自增，但tidb却建议使用随机的uuid。原因是如果id自增的话，根据范围分片的规则，一段时间内生成的id几乎都会落到同一个分片上，比如下图，从3kw开始的自增uuid，几乎都落到range 1这个分片中，而其他表却几乎不会有写入，性能没有被利用起来。出现一表有难，多表围观的场面，这种情况又叫写热点问题。
写热点问题
所以为了充分的利用多个分表的写入能力，tidb建议写入时使用随机id，这样数据就能被均匀分散到多个分片中。

用户id不建议用自增id

前面提到的不建议使用自增id的场景，都是技术原因导致的，而下面介绍的这个，单纯是因为业务。
举个例子吧。
如果能知道一个产品每个月，新增的用户数有多少，这个对你来说会是有用的信息吗？
对程序员来说，可能这个信息价值不大。
但如果你是做投资的呢，或者是分析竞争对手呢？
那反过来。
如果发现竞争对手，总能非常清晰的知道你的产品每个月新进的注册用户是多少人，你会不会心里毛毛的？
如果真出现了这问题，先不要想是不是有内鬼，先检查下你的用户表主键是不是自增的。
如果用户id是自增的，那别人只要每个月都注册一个新用户，然后抓包得到这个用户的user_id，然后跟上个月的值减一下，就知道这个月新进多少用户了。
同样的场景有很多，有时候你去小店吃饭，发票上就写了你是今天的第几单，那大概就能估计今天店家做了多少单。你是店家，你心里也不舒服吧。
再比如说一些小app的商品订单id，如果也做成自增的，那就很容易可以知道这个月成了多少单。
类似的事情有很多，这些场景都建议使用趋势递增的uuid作为主键。
当然，主键保持自增，但是不暴露给前端，那也行。

总结

建表sql里主键边上的AUTO_INCREMENT，可以让主键自增，去掉它是可以的，但这就需要你在insert的时候自己设置主键的值。
建表sql里的 PRIMARY KEY 是用来声明主键的，如果去掉，那也能建表成功，但MySQL内部会建一个 ROW_ID的隐藏列作为主键。
由于MySQL使用B+树索引，叶子节点是从小到大排序的，如果使用自增id做主键，这样每次数据都加在B+树的最后，比起每次加在B+树中间的方式，加在最后可以有效减少页分裂的问题。
在分库分表的场景下，可以通过redis等第三方组件来获得严格自增的主键id。如果不想依赖redis，可以参考雪花算法进行魔改，既能保证数据趋势递增，也能很好的满足分库分表的动态扩容。
并不是所有数据库都建议使用自增id作为主键，比如tidb就推荐使用随机id，这样可以有效避免写热点的问题。而对于一些敏感数据，比如用户id，订单id等，如果使用自增id作为主键的话，外部通过抓包，很容易可以知道新进用户量，成单量这些信息，所以需要谨慎考虑是否继续使用自增主键。