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AUTO_INCREMENT

介绍 TiDB 的 `AUTO_INCREMENT` 列属性。

/docs-cn/dev/auto-increment/

AUTO_INCREMENT

本文介绍列属性 AUTO_INCREMENT 的基本概念、实现原理、自增相关的特性，以及使用限制。

注意：

使用 AUTO_INCREMENT 可能会给生产环境带热点问题，因此推荐使用 AUTO_RANDOM 代替。详情请参考 TiDB 热点问题处理。

在 CREATE TABLE 语句中也可以使用 AUTO_INCREMENT 参数来指定自增字段的初始值。

基本概念

AUTO_INCREMENT 是用于自动填充缺省列值的列属性。当 INSERT 语句没有指定 AUTO_INCREMENT 列的具体值时，系统会自动地为该列分配一个值。

出于性能原因，自增编号是系统批量分配给每台 TiDB 服务器的值（默认 3 万个值），因此自增编号能保证唯一性，但分配给 INSERT 语句的值仅在单台 TiDB 服务器上具有单调性。

注意：

如果要求自增编号在所有 TiDB 实例上具有单调性，并且你的 TiDB 版本在 v6.5.0 及以上，推荐使用 MySQL 兼容模式。

CREATE TABLE t(id int PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, c int);

INSERT INTO t(c) VALUES (1);
INSERT INTO t(c) VALUES (2);
INSERT INTO t(c) VALUES (3), (4), (5);

SELECT * FROM t;
+----+---+
| id | c |
+----+---+
| 1  | 1 |
| 2  | 2 |
| 3  | 3 |
| 4  | 4 |
| 5  | 5 |
+----+---+
5 rows in set (0.01 sec)

此外，AUTO_INCREMENT 还支持显式指定列值的插入语句，此时 TiDB 会保存显式指定的值：

INSERT INTO t(id, c) VALUES (6, 6);

SELECT * FROM t;
+----+---+
| id | c |
+----+---+
| 1  | 1 |
| 2  | 2 |
| 3  | 3 |
| 4  | 4 |
| 5  | 5 |
| 6  | 6 |
+----+---+
6 rows in set (0.01 sec)

以上用法和 MySQL 的 AUTO_INCREMENT 用法一致。但在隐式分配的具体值方面，TiDB 和 MySQL 之间具有较为显著的差异。

实现原理

TiDB 实现 AUTO_INCREMENT 隐式分配的原理是，对于每一个自增列，都使用一个全局可见的键值对用于记录当前已分配的最大 ID。由于分布式环境下的节点通信存在一定开销，为了避免写请求放大的问题，每个 TiDB 节点在分配 ID 时，都申请一段 ID 作为缓存，用完之后再去取下一段，而不是每次分配都向存储节点申请。例如，对于以下新建的表：

CREATE TABLE t(id int UNIQUE KEY AUTO_INCREMENT, c int);

假设集群中有两个 TiDB 实例 A 和 B，如果向 A 和 B 分别对 t 执行一条插入语句：

INSERT INTO t (c) VALUES (1)

实例 A 可能会缓存 [1,30000] 的自增 ID，而实例 B 则可能缓存 [30001,60000] 的自增 ID。各自实例缓存的 ID 将随着执行将来的插入语句被作为缺省值，顺序地填充到 AUTO_INCREMENT 列中。

基本特性

唯一性保证

警告：

在集群中有多个 TiDB 实例时，如果表结构中有自增 ID，建议不要混用显式插入和隐式分配（即自增列的缺省值和自定义值），否则可能会破坏隐式分配值的唯一性。

例如在上述示例中，依次执行如下操作：

客户端向实例 B 插入一条将 id 设置为 2 的语句 INSERT INTO t VALUES (2, 1)，并执行成功。
客户端向实例 A 发送 INSERT 语句 INSERT INTO t (c) (1)，这条语句中没有指定 id 的值，所以会由 A 分配。当前 A 缓存了 [1, 30000] 这段 ID，可能会分配 2 为自增 ID 的值，并把本地计数器加 1。而此时数据库中已经存在 id 为 2 的数据，最终返回 Duplicated Error 错误。

单调性保证

TiDB 保证 AUTO_INCREMENT 自增值在单台服务器上单调递增。以下示例在一台服务器上生成连续的 AUTO_INCREMENT 自增值 1-3：

CREATE TABLE t (a int PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, b timestamp NOT NULL DEFAULT NOW());
INSERT INTO t (a) VALUES (NULL), (NULL), (NULL);
SELECT * FROM t;

Query OK, 0 rows affected (0.11 sec)
Query OK, 3 rows affected (0.02 sec)
Records: 3  Duplicates: 0  Warnings: 0
+---+---------------------+
| a | b                   |
+---+---------------------+
| 1 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 2 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 3 | 2020-09-09 20:38:22 |
+---+---------------------+
3 rows in set (0.00 sec)

TiDB 能保证自增值的单调性，但并不能保证其连续性。参考以下示例：

CREATE TABLE t (id INT NOT NULL PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, a VARCHAR(10), cnt INT NOT NULL DEFAULT 1, UNIQUE KEY (a));
INSERT INTO t (a) VALUES ('A'), ('B');
SELECT * FROM t;
INSERT INTO t (a) VALUES ('A'), ('C') ON DUPLICATE KEY UPDATE cnt = cnt + 1;
SELECT * FROM t;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Query OK, 2 rows affected (0.00 sec)
Records: 2  Duplicates: 0  Warnings: 0

+----+------+-----+
| id | a    | cnt |
+----+------+-----+
|  1 | A    |   1 |
|  2 | B    |   1 |
+----+------+-----+
2 rows in set (0.00 sec)

Query OK, 3 rows affected (0.00 sec)
Records: 2  Duplicates: 1  Warnings: 0

+----+------+-----+
| id | a    | cnt |
+----+------+-----+
|  1 | A    |   2 |
|  2 | B    |   1 |
|  4 | C    |   1 |
+----+------+-----+
3 rows in set (0.00 sec)

在以上示例 INSERT INTO t (a) VALUES ('A'), ('C') ON DUPLICATE KEY UPDATE cnt = cnt + 1; 语句中，自增值 3 被分配为 A 键对应的 id 值，但实际上 3 并未作为 id 值插入进表中。这是因为该 INSERT 语句包含一个重复键 A，使得自增序列不连续，出现了间隙。该行为尽管与 MySQL 不同，但仍是合法的。MySQL 在其他情况下也会出现自增序列不连续的情况，例如事务被中止和回滚时。

AUTO_ID_CACHE

如果在另一台服务器上执行插入操作，那么 AUTO_INCREMENT 值的顺序可能会剧烈跳跃，这是由于每台服务器都有各自缓存的 AUTO_INCREMENT 自增值。

CREATE TABLE t (a INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, b TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT NOW());
INSERT INTO t (a) VALUES (NULL), (NULL), (NULL);
INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
SELECT * FROM t;

Query OK, 1 row affected (0.03 sec)

+---------+---------------------+
| a       | b                   |
+---------+---------------------+
|       1 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       2 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       3 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 2000001 | 2020-09-09 20:43:43 |
+---------+---------------------+
4 rows in set (0.00 sec)

以下示例在最先的一台服务器上执行一个插入 INSERT 操作，生成 AUTO_INCREMENT 值 4。因为这台服务器上仍有剩余的 AUTO_INCREMENT 缓存值可用于分配。在该示例中，值的顺序不具有全局单调性：

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

SELECT * FROM t ORDER BY b;
+---------+---------------------+
| a       | b                   |
+---------+---------------------+
|       1 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       2 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       3 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 2000001 | 2020-09-09 20:43:43 |
|       4 | 2020-09-09 20:44:43 |
+---------+---------------------+
5 rows in set (0.00 sec)

AUTO_INCREMENT 缓存不会持久化，重启会导致缓存值失效。以下示例中，最先的一台服务器重启后，向该服务器执行一条插入操作：

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

SELECT * FROM t ORDER BY b;
+---------+---------------------+
| a       | b                   |
+---------+---------------------+
|       1 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       2 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       3 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 2000001 | 2020-09-09 20:43:43 |
|       4 | 2020-09-09 20:44:43 |
| 2030001 | 2020-09-09 20:54:11 |
+---------+---------------------+
6 rows in set (0.00 sec)

TiDB 服务器频繁重启可能导致 AUTO_INCREMENT 缓存值被快速消耗。在以上示例中，最先的一台服务器本来有可用的缓存值 [5-3000]。但重启后，这些值便丢失了，无法进行重新分配。

用户不应指望 AUTO_INCREMENT 值保持连续。在以下示例中，一台 TiDB 服务器的缓存值为 [2000001-2030000]。当手动插入值 2029998 时，TiDB 取用了一个新缓存区间的值：

INSERT INTO t (a) VALUES (2029998);
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.02 sec)

INSERT INTO t (a) VALUES (NULL);
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

SELECT * FROM t ORDER BY b;
+---------+---------------------+
| a       | b                   |
+---------+---------------------+
|       1 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       2 | 2020-09-09 20:38:22 |
|       3 | 2020-09-09 20:38:22 |
| 2000001 | 2020-09-09 20:43:43 |
|       4 | 2020-09-09 20:44:43 |
| 2030001 | 2020-09-09 20:54:11 |
| 2029998 | 2020-09-09 21:08:11 |
| 2029999 | 2020-09-09 21:08:11 |
| 2030000 | 2020-09-09 21:08:11 |
| 2060001 | 2020-09-09 21:08:11 |
| 2060002 | 2020-09-09 21:08:11 |
+---------+---------------------+
11 rows in set (0.00 sec)

以上示例插入 2030000 后，下一个值为 2060001，即顺序出现跳跃。这是因为另一台 TiDB 服务器获取了中间缓存区间 [2030001-2060000]。当部署有多台 TiDB 服务器时，AUTO_INCREMENT 值的顺序会出现跳跃，因为对缓存值的请求是交叉出现的。

缓存大小控制

TiDB 自增 ID 的缓存大小在早期版本中是对用户透明的。从 v3.1.2、v3.0.14 和 v4.0.rc-2 版本开始，TiDB 引入了 AUTO_ID_CACHE 表选项来允许用户自主设置自增 ID 分配缓存的大小。例如：

CREATE TABLE t(a int AUTO_INCREMENT key) AUTO_ID_CACHE 100;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

INSERT INTO t VALUES();
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Records: 1  Duplicates: 0  Warnings: 0

SELECT * FROM t;
+---+
| a |
+---+
| 1 |
+---+
1 row in set (0.01 sec)

此时如果将该列的自增缓存无效化，重新进行隐式分配：

DELETE FROM t;
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

RENAME TABLE t to t1;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

INSERT INTO t1 VALUES()
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

SELECT * FROM t;
+-----+
| a   |
+-----+
| 101 |
+-----+
1 row in set (0.00 sec)

可以看到再一次分配的值为 101，说明该表的自增 ID 分配缓存的大小为 100。

此外如果在批量插入的 INSERT 语句中所需连续 ID 长度超过 AUTO_ID_CACHE 的长度时，TiDB 会适当调大缓存以便能够保证该语句的正常插入。

自增步长和偏移量设置

从 v3.0.9 和 v4.0.rc-1 开始，和 MySQL 的行为类似，自增列隐式分配的值遵循 session 变量 @@auto_increment_increment 和 @@auto_increment_offset 的控制，其中自增列隐式分配的值 (ID) 将满足式子 (ID - auto_increment_offset) % auto_increment_increment == 0。

MySQL 兼容模式

从 v6.4.0 开始，TiDB 实现了中心化分配自增 ID 的服务，可以支持 TiDB 实例不缓存数据，而是每次请求都访问中心化服务获取 ID。

当前中心化分配服务内置在 TiDB 进程，类似于 DDL Owner 的工作模式。有一个 TiDB 实例将充当“主”的角色提供 ID 分配服务，而其它的 TiDB 实例将充当“备”角色。当“主”节点发生故障时，会自动进行“主备切换”，从而保证中心化服务的高可用。

MySQL 兼容模式的使用方式是，建表时将 AUTO_ID_CACHE 设置为 1：

CREATE TABLE t(a int AUTO_INCREMENT key) AUTO_ID_CACHE 1;

注意：

在 TiDB 各个版本中，AUTO_ID_CACHE 设置为 1 都表明 TiDB 不再缓存 ID，但是不同版本的实现方式不一样：

对于 TiDB v6.4.0 之前的版本，由于每次分配 ID 都需要通过一个 TiKV 事务完成 AUTO_INCREMENT 值的持久化修改，因此设置 AUTO_ID_CACHE 为 1 会出现性能下降。

对于 v6.4.0 及以上版本，由于引入了中心化的分配服务，AUTO_INCREMENT 值的修改只是在 TiDB 服务进程中的一个内存操作，相较于之前版本更快。

将 AUTO_ID_CACHE 设置为 0 表示 TiDB 使用默认的缓存大小 30000。

使用 MySQL 兼容模式后，能保证 ID 唯一、单调递增，行为几乎跟 MySQL 完全一致。即使跨 TiDB 实例访问，ID 也不会出现回退。只有在中心化分配自增 ID 服务的“主” TiDB 实例进程退出（如该 TiDB 节点重启）或者异常崩溃时，才有可能造成部分 ID 不连续。这是因为主备切换时，“备” 节点需要丢弃一部分之前的“主” 节点已经分配的 ID，以保证 ID 不出现重复。

使用限制

目前在 TiDB 中使用 AUTO_INCREMENT 有以下限制：

对于 v6.6.0 及更早的 TiDB 版本，定义的列必须为主键或者索引前缀。
只能定义在类型为整数、FLOAT 或 DOUBLE 的列上。
不支持与列的默认值 DEFAULT 同时指定在同一列上。
不支持使用 ALTER TABLE 来添加 AUTO_INCREMENT 属性，包括使用 ALTER TABLE ... MODIFY/CHANGE COLUMN 语法为已存在的列添加 AUTO_INCREMENT 属性，以及使用 ALTER TABLE ... ADD COLUMN 添加带有 AUTO_INCREMENT 属性的列。
支持使用 ALTER TABLE 来移除 AUTO_INCREMENT 属性。但从 TiDB 2.1.18 和 3.0.4 版本开始，TiDB 通过 session 变量 @@tidb_allow_remove_auto_inc 控制是否允许通过 ALTER TABLE MODIFY 或 ALTER TABLE CHANGE 来移除列的 AUTO_INCREMENT 属性，默认是不允许移除。
ALTER TABLE 需要 FORCE 选项来将 AUTO_INCREMENT 设置为较小的值。
将 AUTO_INCREMENT 设置为小于 MAX(<auto_increment_column>) 的值会导致重复键，因为预先存在的值不会被跳过。

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