線上MySQL的自增id用盡怎么辦？

MySQL的自增id都定義了初始值，然后不斷加步長。雖然自然數(shù)沒有上限，但定義了表示這個數(shù)的字節(jié)長度，計算機存儲就有上限。比如，無符號整型(unsigned int)是4個字節(jié)，上限就是2^32 - 1。那自增id用完，會怎么樣？

表定義自增值id
表定義的自增值達到上限后的邏輯是：再申請下一個id時，得到的值保持不變。

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'
第一個insert成功后，該表的AUTO_INCREMENT還是4294967295，導(dǎo)致第二個insert又拿到相同自增id值，再試圖執(zhí)行插入語句，主鍵沖突。

2^32 - 1（4294967295）不是一個特別大的數(shù)，一個頻繁插入刪除數(shù)據(jù)的表是可能用完的。建表時就需要考慮你的表是否有可能達到該上限，若有，就應(yīng)創(chuàng)建成8字節(jié)的bigint unsigned。

InnoDB系統(tǒng)自增row_id
若你創(chuàng)建的InnoDB表未指定主鍵，則InnoDB會自動創(chuàng)建一個不可見的，6個字節(jié)的row_id。InnoDB維護了一個全局的dict_sys->row_id值



所有無主鍵的InnoDB表，每插入一行數(shù)據(jù)，都將當(dāng)前的dict_sys->row_id作為要插入數(shù)據(jù)的row_id，然后把dict_sys->row_id加1。
代碼實現(xiàn)時row_id是個長度為8字節(jié)的無符號長整型(bigint unsigned)。但InnoDB在設(shè)計時，給row_id留的只是6個字節(jié)的長度，這樣寫到數(shù)據(jù)表中時只放了最后6個字節(jié)，所以row_id能寫到數(shù)據(jù)表中的值，就有兩個特征：
row_id寫入表中的值范圍，是從0到2^48 - 1
當(dāng)dict_sys.row_id=2^48時，如果再有插入數(shù)據(jù)的行為要來申請row_id，拿到以后再取最后6個字節(jié)的話就是0
即寫入表的row_id從0~2^48 - 1。達到上限后，下個值就是0，然后繼續(xù)循環(huán)。
2^48 - 1已經(jīng)很大，但若一個MySQL實例活得久，還是可能達到上限。
InnoDB里，申請到row_id=N后，就將這行數(shù)據(jù)寫入表中；若表中已經(jīng)存在row_id=N的行，新寫入的行就會覆蓋原有的行。
驗證該結(jié)論：通過gdb修改系統(tǒng)的自增row_id。用gdb是為了便于復(fù)現(xiàn)問題，只能在測試環(huán)境使用。
row_id用完的驗證序列



row_id用完的效果驗證



可見，在我用gdb將dict_sys.row_id設(shè)置為2^48之后，再插入a=2會出現(xiàn)在表t的第一行，因為該值的row_id=0。
之后再插入a=3，由于row_id=1，就覆蓋了之前a=1的行，因為a=1這一行的row_id也是1。
所以應(yīng)該在InnoDB表中主動創(chuàng)建自增主鍵：當(dāng)表自增id到達上限后，再插入數(shù)據(jù)時會報主鍵沖突錯誤。
畢竟覆蓋數(shù)據(jù)，就意味著數(shù)據(jù)丟失，影響數(shù)據(jù)可靠性；報主鍵沖突，插入失敗，影響可用性。一般可靠性優(yōu)于可用性。
Xid
redo log和binlog有個共同字段Xid，用來對應(yīng)事務(wù)。Xid在MySQL內(nèi)部是如何生成的呢？
MySQL內(nèi)部維護了一個全局變量global_query_id



每次執(zhí)行語句時，將它賦值給query_id，然后給該變量+1：



若當(dāng)前語句是該事務(wù)執(zhí)行的第一條語句，則MySQL還會同時把query_id賦值給該事務(wù)的Xid：



而global_query_id是一個純內(nèi)存變量，重啟之后就清零了。所以同一DB實例，不同事務(wù)的Xid可能相同。
但MySQL重啟之后會重新生成新binlog文件，這就保證同一個binlog文件里的Xid唯一。
雖然MySQL重啟不會導(dǎo)致同一個binlog里面出現(xiàn)兩個相同Xid，但若global_query_id達到上限，就會繼續(xù)從0開始計數(shù)。理論上還是會出現(xiàn)同一個binlog里面出現(xiàn)相同Xid。
因為global_query_id8字節(jié)，上限2^64 - 1。要出現(xiàn)這種情況，需滿足：
執(zhí)行一個事務(wù)，假設(shè)Xid是A
接下來執(zhí)行2^64次查詢語句，讓global_query_id回到A 2^64太大了，這種可能只存在于理論中。
再啟動一個事務(wù)，這個事務(wù)的Xid也是A
Innodb trx_id
Xid由server層維護

InnoDB內(nèi)部使用Xid，為了關(guān)聯(lián)InnoDB事務(wù)和server
但InnoDB自己的trx_id，是另外維護的事務(wù)id（transaction id）。
InnoDB內(nèi)部維護了一個max_trx_id全局變量，每次需要申請一個新的trx_id時，就獲得max_trx_id的當(dāng)前值，然后并將max_trx_id加1。
InnoDB數(shù)據(jù)可見性的核心思想
每一行數(shù)據(jù)都記錄了更新它的trx_id，當(dāng)一個事務(wù)讀到一行數(shù)據(jù)時，判斷該數(shù)據(jù)是否可見，就是通過事務(wù)的一致性視圖與這行數(shù)據(jù)的trx_id做對比。
對于正在執(zhí)行的事務(wù)，你可以從information_schema.innodb_trx表中看到事務(wù)的trx_id。
看如下案例：事務(wù)的trx_id



S2 的執(zhí)行記錄：
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從innodb_trx表里查出的這兩個字段，第二個字段trx_mysql_thread_id就是線程id。顯示線程id，是為說明這兩次查詢看到的事務(wù)對應(yīng)的線程id都是5，即S1所在線程。
t2時顯示的trx_id是一個很大的數(shù)；t4時刻顯示的trx_id是1289，看上去是一個比較正常的數(shù)字。這是為啥？





t1時，S1還未涉及更新，是一個只讀事務(wù)。對于只讀事務(wù)，InnoDB并不會分配trx_id：
t1時，trx_id的值就是0。而這個很大的數(shù)，只是顯示用
直到S1在t3時執(zhí)行insert，InnoDB才真正分配trx_id。所以t4時，S2查到該trx_id的值就是1289。
除了明顯的修改類語句，若在select 語句后面加上for update，也不是只讀事務(wù)。
update 和 delete語句除了事務(wù)本身，還涉及到標記刪除舊數(shù)據(jù)，即要把數(shù)據(jù)放到purge隊列里等待后續(xù)物理刪除，這個操作也會把max_trx_id+1， 因此在一個事務(wù)中至少加2
InnoDB的后臺操作，比如表的索引信息統(tǒng)計這類操作，也是會啟動內(nèi)部事務(wù)的，因此你可能看到，trx_id值并不是按照加1遞增的。
t2時查到的很大數(shù)字是怎么來的？

每次查詢時，由系統(tǒng)臨時計算：

當(dāng)前事務(wù)的trx變量的指針地址轉(zhuǎn)成整數(shù)，再加上248
這樣可以保證：

因為同一只讀事務(wù)在執(zhí)行期間，它的指針地址不會變，所以無論在 innodb_trx還是在innodb_locks表里，同一個只讀事務(wù)查出來的trx_id就會是一樣的
若有并行只讀事務(wù)，每個事務(wù)的trx變量的指針地址肯定不同。這樣，不同并發(fā)只讀事務(wù)，查出來的trx_id就是不同的。
為什么要加248？
保證只讀事務(wù)顯示的trx_id值比較大，正常情況下就會區(qū)別于讀寫事務(wù)的id。但trx_id跟row_id的邏輯類似，定義為8個字節(jié)。理論上還是可能出現(xiàn)一個讀寫事務(wù)與一個只讀事務(wù)顯示的trx_id相同。不過概率很低，也沒有什么實質(zhì)危害，不管。
為何只讀事務(wù)不分配trx_id？
減小事務(wù)視圖里面活躍事務(wù)數(shù)組的大小。因為當(dāng)前正在運行的只讀事務(wù)，不影響數(shù)據(jù)的可見性判斷。所以，在創(chuàng)建事務(wù)的一致性視圖時，InnoDB就只需要拷貝讀寫事務(wù)的trx_id

減少trx_id的申請次數(shù)。InnoDB執(zhí)行一個普通的select語句，也要對應(yīng)一個只讀事務(wù)。所以只讀事務(wù)優(yōu)化后，普通查詢語句無需申請trx_id，大大減少并發(fā)事務(wù)申請trx_id的鎖沖突

由于只讀事務(wù)不分配trx_id，顯然trx_id的增速變慢。
但 max_trx_id 會持久化存儲，重啟也不會重置為0。理論上，只要一個MySQL實例跑得夠久，就可能出現(xiàn)max_trx_id達到2^48 - 1，然后從0開始循環(huán)。
達到該狀態(tài)后，MySQL就會持續(xù)出現(xiàn)一個臟讀bug：
首先把當(dāng)前的max_trx_id先修改成2^48 - 1。這里是可重復(fù)讀。
復(fù)現(xiàn)臟讀




因為系統(tǒng)的max_trx_id被設(shè)置成2^48 - 1，所以在session A啟動的事務(wù)TA的低水位就是2^48 - 1。
t2時:

session B執(zhí)行第一條update語句的事務(wù)id=2^48 - 1

第二條事務(wù)id就是0了，這條update執(zhí)行后生成的數(shù)據(jù)版本上的trx_id=0

t3時：

session A執(zhí)行select的可見性判斷：c=3這個數(shù)據(jù)版本的trx_id（0），小于事務(wù)TA的低水位（2^48 - 1），所以認為該數(shù)據(jù)可見。
但這是臟讀。
由于低水位值會持續(xù)增加，而事務(wù)id從0開始計數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)在該時刻后，所有查詢都會出現(xiàn)臟讀。
并且MySQL重啟時max_trx_id也不會清0，即重啟MySQL，這個bug仍然存在。那這bug也是只存在于理論上嗎？
假設(shè)一個MySQL實例的TPS是50w，持續(xù)這樣，17.8年后就會出現(xiàn)該情況。但從MySQL真正開始流行到現(xiàn)在，恐怕都還沒有實例跑到過這個上限。不過，只要MySQL實例服務(wù)時間夠長，就必然會出現(xiàn)該bug。
這也可以加深對低水位和數(shù)據(jù)可見性的理解
thread_id
系統(tǒng)保存了一個全局變量thread_id_counter



每新建一個連接，就將thread_id_counter賦值給這個新連接的線程變量new_id。
thread_id_counter定義為4個字節(jié)，因此達到2^32 - 1，就會重置為0，繼續(xù)增加。



但不會在show processlist看到兩個相同的thread_id。因為MySQL使用了一個唯一數(shù)組



給新線程分配thread_id時的邏輯：



總結(jié)
每種自增id有各自的應(yīng)用場景，在達到上限后的表現(xiàn)也不同：
表的自增id達到上限后，再申請時它的值就不會改變，進而導(dǎo)致繼續(xù)插入數(shù)據(jù)時報主鍵沖突錯誤
row_id達到上限后，則會歸0再重新遞增，如果出現(xiàn)相同的row_id，后寫的數(shù)據(jù)會覆蓋之前的數(shù)據(jù)
Xid只需要不在同一個binlog文件中出現(xiàn)重復(fù)值即可。雖然理論上會出現(xiàn)重復(fù)值，但是概率極小，可以忽略不計
InnoDB的max_trx_id 遞增值每次MySQL重啟都會被保存起來，所以我們文章中提到的臟讀的例子就是一個必現(xiàn)的bug，好在留給我們的時間還很充裕

作者：碼農(nóng)編程進階筆記


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