线上MySQL的自增id用尽怎么办

 更新时间:2021年08月03日 09:59:41   作者:JavaEdge.  
MySQL的自增id都定义了初始值,然后不断加步长。虽然自然数没有上限,但定义了表示这个数的字节长度,那自增id用完,会怎么样?本文就来介绍一下

MySQL的自增id都定义了初始值,然后不断加步长。虽然自然数没有上限,但定义了表示这个数的字节长度,计算机存储就有上限。比如,无符号整型(unsigned int)是4个字节,上限就是2^32 - 1。那自增id用完,会怎么样?

表定义自增值id

表定义的自增值达到上限后的逻辑是:再申请下一个id时,得到的值保持不变。

mysql> create table t(id int unsigned auto_increment primary key) auto_increment=4294967295;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

mysql> insert into t values(null);
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

mysql> show create table t;
+-------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Table | Create Table                                                                                                                                                                      |
+-------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| t     | CREATE TABLE `t` (
  `id` int unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4294967295 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_general_ci |
+-------+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

//成功插入一行 4294967295
mysql> insert into t values(null);
ERROR 1062 (23000): Duplicate entry '4294967295' for key 't.PRIMARY'

第一个insert成功后,该表的AUTO_INCREMENT还是4294967295,导致第二个insert又拿到相同自增id值,再试图执行插入语句,主键冲突。

2^32 - 1(4294967295)不是一个特别大的数,一个频繁插入删除数据的表是可能用完的。建表时就需要考虑你的表是否有可能达到该上限,若有,就应创建成8字节的bigint unsigned。

InnoDB系统自增row_id

若你创建的InnoDB表未指定主键,则InnoDB会自动创建一个不可见的,6个字节的row_id。InnoDB维护了一个全局的dict_sys->row_id


所有无主键的InnoDB表,每插入一行数据,都将当前的dict_sys->row_id作为要插入数据的row_id,然后把dict_sys->row_id加1。

代码实现时row_id是个长度为8字节的无符号长整型(bigint unsigned)。但InnoDB在设计时,给row_id留的只是6个字节的长度,这样写到数据表中时只放了最后6个字节,所以row_id能写到数据表中的值,就有两个特征:

  • row_id写入表中的值范围,是从0到2^48 - 1
  • dict_sys.row_id=2^48时,如果再有插入数据的行为要来申请row_id,拿到以后再取最后6个字节的话就是0

即写入表的row_id从0~2^48 - 1。达到上限后,下个值就是0,然后继续循环。
2^48 - 1已经很大,但若一个MySQL实例活得久,还是可能达到上限。
InnoDB里,申请到row_id=N后,就将这行数据写入表中;若表中已经存在row_id=N的行,新写入的行就会覆盖原有的行。

验证该结论:通过gdb修改系统的自增row_id。用gdb是为了便于复现问题,只能在测试环境使用。

row_id用完的验证序列

row_id

用完的效果验证

可见,在我用gdb将dict_sys.row_id设置为2^48之后,再插入a=2会出现在表t的第一行,因为该值的row_id=0。
之后再插入a=3,由于row_id=1,就覆盖了之前a=1的行,因为a=1这一行的row_id也是1。

所以应该在InnoDB表中主动创建自增主键:当表自增id到达上限后,再插入数据时会报主键冲突错误。
毕竟覆盖数据,就意味着数据丢失,影响数据可靠性;报主键冲突,插入失败,影响可用性。一般可靠性优于可用性。

Xid

redo log和binlog有个共同字段Xid,用来对应事务。Xid在MySQL内部是如何生成的呢?

MySQL内部维护了一个全局变量global_query_id

每次执行语句时,将它赋值给query_id,然后给该变量+1:

若当前语句是该事务执行的第一条语句,则MySQL还会同时把query_id赋值给该事务的Xid:


global_query_id是一个纯内存变量,重启之后就清零了。所以同一DB实例,不同事务的Xid可能相同。

但MySQL重启之后会重新生成新binlog文件,这就保证同一个binlog文件里的Xid唯一。

虽然MySQL重启不会导致同一个binlog里面出现两个相同Xid,但若global_query_id达到上限,就会继续从0开始计数。理论上还是会出现同一个binlog里面出现相同Xid。

因为global_query_id8字节,上限2^64 - 1。要出现这种情况,需满足:

  • 执行一个事务,假设Xid是A
  • 接下来执行2^64次查询语句,让global_query_id回到A
  • 2^64太大了,这种可能只存在于理论中。
  • 再启动一个事务,这个事务的Xid也是A

Innodb trx_id

Xid由server层维护
InnoDB内部使用Xid,为了关联InnoDB事务和server

但InnoDB自己的trx_id,是另外维护的事务id(transaction id)。

InnoDB内部维护了一个max_trx_id全局变量,每次需要申请一个新的trx_id时,就获得max_trx_id的当前值,然后并将max_trx_id加1。

InnoDB数据可见性的核心思想

每一行数据都记录了更新它的trx_id,当一个事务读到一行数据时,判断该数据是否可见,就是通过事务的一致性视图与这行数据的trx_id做对比。

对于正在执行的事务,你可以从information_schema.innodb_trx表中看到事务的trx_id。

看如下案例:事务的trx_id

S1 S2
t1 begin
select * from t limit 1
t2 use information_schema;
select trx_id, trx_mysql_thread_id from innodb_trx
t3 insert into t values(null)
t3 select trx_id, trx_mysql_thread_id from innodb_trx

S2 的执行记录:

mysql> use information_schema;
Reading table information for completion of table and column names
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A

Database changed

mysql> select trx_id, trx_mysql_thread_id from innodb_trx;
+-----------------+---------------------+
| trx_id          | trx_mysql_thread_id |
+-----------------+---------------------+
| 421972504382792 |                  70 |
+-----------------+---------------------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> select trx_id, trx_mysql_thread_id from innodb_trx;
+---------+---------------------+
| trx_id  | trx_mysql_thread_id |
+---------+---------------------+
| 1355623 |                  70 |
+---------+---------------------+
1 row in set (0.01 sec)

S2从innodb_trx表里查出的这两个字段,第二个字段trx_mysql_thread_id就是线程id。显示线程id,是为说明这两次查询看到的事务对应的线程id都是5,即S1所在线程。

t2时显示的trx_id是一个很大的数;t4时刻显示的trx_id是1289,看上去是一个比较正常的数字。这是为啥?
t1时,S1还未涉及更新,是一个只读事务。对于只读事务,InnoDB并不会分配trx_id:

  • t1时,trx_id的值就是0。而这个很大的数,只是显示用
  • 直到S1在t3时执行insert,InnoDB才真正分配trx_id。所以t4时,S2查到该trx_id的值就是1289。

除了明显的修改类语句,若在select 语句后面加上for update,也不是只读事务。

  • update 和 delete语句除了事务本身,还涉及到标记删除旧数据,即要把数据放到purge队列里等待后续物理删除,这个操作也会把max_trx_id+1, 因此在一个事务中至少加2
  • InnoDB的后台操作,比如表的索引信息统计这类操作,也是会启动内部事务的,因此你可能看到,trx_id值并不是按照加1递增的。

t2时查到的很大数字是怎么来的?
每次查询时,由系统临时计算:当前事务的trx变量的指针地址转成整数,再加上248

这样可以保证:

  • 因为同一只读事务在执行期间,它的指针地址不会变,所以无论在 innodb_trx还是在innodb_locks表里,同一个只读事务查出来的trx_id就会是一样的
  • 若有并行只读事务,每个事务的trx变量的指针地址肯定不同。这样,不同并发只读事务,查出来的trx_id就是不同的。

为什么要加248?

保证只读事务显示的trx_id值比较大,正常情况下就会区别于读写事务的id。但trx_id跟row_id的逻辑类似,定义为8个字节。
理论上还是可能出现一个读写事务与一个只读事务显示的trx_id相同。不过概率很低,也没有什么实质危害,不管。

为何只读事务不分配trx_id?

  • 减小事务视图里面活跃事务数组的大小。因为当前正在运行的只读事务,不影响数据的可见性判断。所以,在创建事务的一致性视图时,InnoDB就只需要拷贝读写事务的trx_id
  • 减少trx_id的申请次数。InnoDB执行一个普通的select语句,也要对应一个只读事务。所以只读事务优化后,普通查询语句无需申请trx_id,大大减少并发事务申请trx_id的锁冲突

由于只读事务不分配trx_id,显然trx_id的增速变慢。
max_trx_id 会持久化存储,重启也不会重置为0。理论上,只要一个MySQL实例跑得够久,就可能出现max_trx_id达到2^48 - 1,然后从0开始循环。

达到该状态后,MySQL就会持续出现一个脏读bug:
首先把当前的max_trx_id先修改成2^48 - 1。这里是可重复读。

复现脏读


因为系统的max_trx_id被设置成2^48 - 1,所以在session A启动的事务TA的低水位就是2^48 - 1。

t2时:

  • session B执行第一条update语句的事务id=2^48 - 1
  • 第二条事务id就是0了,这条update执行后生成的数据版本上的trx_id=0

t3时:

session A执行select的可见性判断:c=3这个数据版本的trx_id(0),小于事务TA的低水位(2^48 - 1),所以认为该数据可见。

但这是脏读。
由于低水位值会持续增加,而事务id从0开始计数,导致系统在该时刻后,所有查询都会出现脏读。

并且MySQL重启时max_trx_id也不会清0,即重启MySQL,这个bug仍然存在。那这bug也是只存在于理论上吗?
假设一个MySQL实例的TPS是50w,持续这样,17.8年后就会出现该情况。但从MySQL真正开始流行到现在,恐怕都还没有实例跑到过这个上限。不过,只要MySQL实例服务时间够长,就必然会出现该bug。

这也可以加深对低水位和数据可见性的理解。

thread_id

系统保存了一个全局变量thread_id_counter


每新建一个连接,就将thread_id_counter赋值给这个新连接的线程变量new_id

thread_id_counter定义为4个字节,因此达到2^32 - 1,就会重置为0,继续增加。


但不会在show processlist看到两个相同的thread_id。因为MySQL使用了一个唯一数组


给新线程分配thread_id时的逻辑:

总结

每种自增id有各自的应用场景,在达到上限后的表现也不同:

  • 表的自增id达到上限后,再申请时它的值就不会改变,进而导致继续插入数据时报主键冲突错误
  • row_id达到上限后,则会归0再重新递增,如果出现相同的row_id,后写的数据会覆盖之前的数据
  • Xid只需要不在同一个binlog文件中出现重复值即可。虽然理论上会出现重复值,但是概率极小,可以忽略不计
  • InnoDB的max_trx_id 递增值每次MySQL重启都会被保存起来,所以我们文章中提到的脏读的例子就是一个必现的bug,好在留给我们的时间还很充裕

到此这篇关于线上MySQL的自增id用尽怎么办的文章就介绍到这了,更多相关MySQL自增id用尽内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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