数据库内核月报 - 2015 / 01

MySQL · 捉虫动态· InnoDB自增列重复值问题

问题重现

先从问题入手,重现下这个bug

use test;
drop table if exists t1;
create table t1(id int auto_increment, a int, primary key (id)) engine=innodb;
insert into t1 values (1,2);
insert into t1 values (null,2);
insert into t1 values (null,2);
select * from t1;
+----+------+
| id | a |
+----+------+
| 1 | 2 |
| 2 | 2 |
| 3 | 2 |
+----+------+
delete from t1 where id=2;
delete from t1 where id=3;
select * from t1;
+----+------+
| id | a |
+----+------+
| 1 | 2 |
+----+------+

这里我们关闭mysql,再启动mysql,然后再插入一条数据

insert into t1 values (null,2);
select * FROM T1;
+----+------+
| id | a |
+----+------+
| 1 | 2 |
+----+------+
| 2 | 2 |
+----+------+

我们看到插入了(2,2),而如果我没有重启,插入同样数据我们得到的应该是(4,2)。 上面的测试反映了mysqld重启后,InnoDB存储引擎的表自增id可能出现重复利用的情况。

自增id重复利用在某些场景下会出现问题。依然用上面的例子,假设t1有个历史表t1_history用来存t1表的历史数据,那么mysqld重启前,ti_history中可能已经有了(2,2)这条数据,而重启后我们又插入了(2,2),当新插入的(2,2)迁移到历史表时,会违反主键约束。

原因分析

InnoDB 自增列出现重复值的原因

mysql> show create table t1\G;
*************************** 1\. row ***************************
Table: t1
Create Table: CREATE TABLE `t1` (
`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`a` int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=innodb AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8
1 row in set (0.00 sec)

建表时可以指定 AUTO_INCREMENT值,不指定时默认为1,这个值表示当前自增列的起始值大小,如果新插入的数据没有指定自增列的值,那么自增列的值即为这个起始值。对于InnoDB表,这个值没有持久到文件中。而是存在内存中(dict_table_struct.autoinc)。那么又问,既然这个值没有持久下来,为什么我们每次插入新的值后, show create table t1看到AUTO_INCREMENT值是跟随变化的。其实show create table t1是直接从dict_table_struct.autoinc取得的(ha_innobase::update_create_info)。

知道了AUTO_INCREMENT是实时存储内存中的。那么,mysqld 重启后,从哪里得到AUTO_INCREMENT呢? 内存值肯定是丢失了。实际上mysql采用执行类似select max(id)+1 from t1;方法来得到AUTO_INCREMENT。而这种方法就是造成自增id重复的原因。

MyISAM自增值

MyISAM也有这个问题吗?MyISAM是没有这个问题的。myisam会将这个值实时存储在.MYI文件中(mi_state_info_write)。mysqld重起后会从.MYI中读取AUTO_INCREMENT值(mi_state_info_read)。因此,MyISAM表重启是不会出现自增id重复的问题。

问题修复

MyISAM选择将AUTO_INCREMENT实时存储在.MYI文件头部中。实际上.MYI头部还会实时存其他信息,也就是说写AUTO_INCREMENT只是个顺带的操作,其性能损耗可以忽略。InnoDB 表如果要解决这个问题,有两种方法。1)将AUTO_INCREMENT最大值持久到frm文件中。2)将 AUTO_INCREMENT最大值持久到聚集索引根页trx_id所在的位置。第一种方法直接写文件性能消耗较大,这是一额外的操作,而不是一个顺带的操作。我们采用第二种方案。为什么选择存储在聚集索引根页页头trx_id,页头中存储trx_id,只对二级索引页和insert buf 页头有效(MVCC)。而聚集索引根页页头trx_id这个值是没有使用的,始终保持初始值0。正好这个位置8个字节可存放自增值的值。我们每次更新AUTO_INCREMENT值时,同时将这个值修改到聚集索引根页页头trx_id的位置。 这个写操作跟真正的数据写操作一样,遵守write-ahead log原则,只不过这里只需要redo log ,而不需要undo log。因为我们不需要回滚AUTO_INCREMENT的变化(即回滚后自增列值会保留,即使insert 回滚了,AUTO_INCREMENT值不会回滚)。

因此,AUTO_INCREMENT值存储在聚集索引根页trx_id所在的位置,实际上是对内存根页的修改和多了一条redo log(量很小),而这个redo log 的写入也是异步的,可以说是原有事务log的一个顺带操作。因此AUTO_INCREMENT值存储在聚集索引根页这个性能损耗是极小的。

修复后的性能对比,我们新增了全局参数innodb_autoinc_persistent 取值on/off; on 表示将AUTO_INCREMENT值实时存储在聚集索引根页。off则采用原有方式只存储在内存。

./bin/sysbench --test=sysbench/tests/db/insert.lua --mysql-port=4001 --mysql-user=root \--mysql-table-engine=innodb --mysql-db=sbtest --oltp-table-size=0 --oltp-tables-count=1 \--num-threads=100 --mysql-socket=/u01/zy/sysbench/build5/run/mysql.sock  --max-time=7200 --max-requests run
set global innodb_autoinc_persistent=off;
tps: 22199 rt:2.25ms
set global innodb_autoinc_persistent=on;
tps: 22003 rt:2.27ms

可以看出性能损耗在%1以下。

改进

新增参数innodb_autoinc_persistent_interval 用于控制持久化AUTO_INCREMENT值的频率。例如:innodb_autoinc_persistent_interval=100,auto_incrememt_increment=1时,即每100次insert会控制持久化一次AUTO_INCREMENT值。每次持久的值为:当前值+innodb_autoinc_persistent_interval。

测试结论

innodb_autoinc_persistent=ON, innodb_autoinc_persistent_interval=1时性能损耗在%1以下。
innodb_autoinc_persistent=ON, innodb_autoinc_persistent_interval=100时性能损耗可以忽略。

限制

1 innodb_autoinc_persistent=on, innodb_autoinc_persistent_interval=N>1时,自增N次后持久化到聚集索引根页,每次持久的值为当前AUTO_INCREMENT+(N-1)*innodb_autoextend_increment。重启后读取持久化的AUTO_INCREMENT值会偏大,造成一些浪费但不会重复。innodb_autoinc_persistent_interval=1 每次都持久化没有这个问题。

2 如果innodb_autoinc_persistent=on,频繁设置auto_increment_increment的可能会导致持久化到聚集索引根页的值不准确。因为innodb_autoinc_persistent_interval计算没有考虑auto_increment_increment变化的情况,参看dict_table_autoinc_update_if_greater。而设置auto_increment_increment的情况极少,可以忽略。

注意:如果我们使用需要开启innodb_autoinc_persistent,应该在参数文件中指定

innodb_autoinc_persistent= on

如果这样指定set global innodb_autoinc_persistent=on;重启后将不会从聚集索引根页读取AUTO_INCREMENT最大值。

疑问:对于InnoDB表,重启通过select max(id)+1 from t1得到AUTO_INCREMENT值,如果id上有索引那么这个语句使用索引查找就很快。那么,这个可以解释mysql 为什么要求自增列必须包含在索引中的原因。 如果没有指定索引,则报如下错误,

ERROR 1075 (42000): Incorrect table definition; there can be only one auto column and it must be defined as a key 而myisam表竟然也有这个要求,感觉是多余的。