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自動増加

このドキュメントでは、 AUTO_INCREMENT列属性について、その概念、実装の原則、自動インクリメント関連の機能、および制限事項を含めて紹介します。

ノート：

AUTO_INCREMENT属性は、本番環境でホットスポットを引き起こす可能性があります。詳細はホットスポットの問題のトラブルシューティング参照してください。代わりにAUTO_RANDOMを使用することをお勧めします。

コンセプト

AUTO_INCREMENTは、デフォルトの列値を自動的に入力するために使用される列属性です。 INSERTステートメントでAUTO_INCREMENT列の値が指定されていない場合、システムは自動的にこの列に値を割り当てます。

パフォーマンス上の理由から、値のバッチでAUTO_INCREMENTの数値 (デフォルトでは 30,000) が各 TiDBサーバーに割り当てられます。これは、 AUTO_INCREMENT数値が一意であることが保証されている一方で、 INSERTのステートメントに割り当てられた値は、TiDBサーバーごとに単調にしかならないことを意味します。

ノート：

すべての TiDB サーバーでAUTO_INCREMENT数字を単調にしたい場合で、TiDB のバージョンが v6.5.0 以降の場合は、 MySQL 互換モードを有効にすることをお勧めします。

以下はAUTO_INCREMENTの基本的な例です。

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);

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

さらに、 AUTO_INCREMENT 、列の値を明示的に指定するINSERTステートメントもサポートします。そのような場合、TiDB は明示的に指定された値を格納します。

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

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

上記の使い方は、MySQL のAUTO_INCREMENTと同じです。ただし、暗黙的に割り当てられる特定の値に関しては、TiDB は MySQL と大きく異なります。

実施原則

TiDB は、次の方法でAUTO_INCREMENT暗黙的な代入を実装します。

自動インクリメント列ごとに、割り当てられた最大 ID を記録するために、グローバルに表示されるキーと値のペアが使用されます。分散環境では、ノード間の通信にいくらかのオーバーヘッドがあります。したがって、書き込み増幅の問題を回避するために、各 TiDB ノードは、ID を割り当てるときにキャッシュとして連続する ID のバッチに適用し、最初のバッチが割り当てられた後に次の ID のバッチに適用します。そのため、毎回 ID を割り当てる際に、TiDB ノードは ID 用のstorageノードに適用されません。例えば：

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

クラスター内に 2 つの TiDB インスタンスAとBがあるとします。それぞれAとBのtテーブルでINSERTステートメントを実行すると、次のようになります。

INSERT INTO t (c) VALUES (1)

インスタンスA [1,30000]の自動インクリメント ID をキャッシュし、インスタンスBは[30001,60000]の自動インクリメント ID をキャッシュする場合があります。実行されるINSERTステートメントでは、各インスタンスのこれらのキャッシュされた ID がデフォルト値としてAUTO_INCREMENT列に割り当てられます。

基本的な機能

独自性

上記の例では、次の操作を順番に実行します。

  1. クライアントはステートメントINSERT INTO t VALUES (2, 1)をインスタンスBに挿入し、インスタンス 3 はidを2に設定します。ステートメントは正常に実行されます。

  2. クライアントはステートメントINSERT INTO t (c) (1)をインスタンスAに送信します。このステートメントでは値id指定されていないため、ID はAによって割り当てられます。現在、 A [1, 30000]の ID をキャッシュしているため、自動インクリメント ID の値として2割り当て、ローカル カウンターを1増やします。このとき、ID が2のデータはすでにデータベースに存在するため、 Duplicated Errorエラーが返されます。

単調性

TiDB は、サーバーごとにAUTO_INCREMENT値が単調 (常に増加) であることを保証します。 1 ～ 3 の連続したAUTO_INCREMENT値が生成される次の例を考えてみましょう。

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)

単調性は、連続性と同じ保証ではありません。次の例を検討してください。

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)

この例では、 3の値AUTO_INCREMENTがINSERT INTO t (a) VALUES ('A'), ('C') ON DUPLICATE KEY UPDATE cnt = cnt + 1;のキーAのINSERTに割り当てられますが、このINSERTステートメントに重複キーA含まれているため、使用されることはありません。これにより、シーケンスが連続しないギャップが生じます。 MySQL とは異なりますが、この動作は正当であると見なされます。 MySQL では、トランザクションの中止やロールバックなど、他のシナリオでもシーケンスにギャップがあります。

AUTO_ID_CACHE

INSERT操作が別の TiDBサーバーに対して実行されると、 AUTO_INCREMENTシーケンスが劇的にジャンプするように見えることがあります。これは、各サーバーが独自のAUTO_INCREMENTの値のキャッシュを持っていることが原因です。

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)

最初の TiDBサーバーに対する新しいINSERT操作により、 AUTO_INCREMENTの値4が生成されます。これは、最初の TiDBサーバーのAUTO_INCREMENTキャッシュに割り当て用のスペースがまだ残っているためです。この場合、値4が2000001の値の後に挿入されるため、値のシーケンスはグローバルに単調であると見なすことはできません。

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

mysql> 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キャッシュは、TiDBサーバーの再起動後は保持されません。最初の TiDBサーバーが再起動された後、次のINSERTステートメントが実行されます。

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

mysql> 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サーバーの再起動の頻度が高いと、 AUTO_INCREMENT値が枯渇する可能性があります。上記の例では、最初の TiDBサーバーのキャッシュにはまだ値[5-30000]の空きがあります。これらの値は失われ、再割り当てされません。

AUTO_INCREMENT値が連続していることに依存することはお勧めしません。 TiDBサーバーに値[2000001-2030000]のキャッシュがある次の例を考えてみましょう。値2029998手動で挿入すると、新しいキャッシュ範囲が取得されるときの動作を確認できます。

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

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

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

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

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

mysql> 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)

値2030000が挿入された後、次の値は2060001です。この一連のジャンプは、別の TiDBサーバーが[2030001-2060000]の中間キャッシュ範囲を取得したためです。複数の TiDB サーバーがデプロイされている場合、キャッシュ要求がインターリーブされるため、 AUTO_INCREMENTシーケンスにギャップが生じます。

キャッシュサイズの制御

以前のバージョンの TiDB では、自動インクリメント ID のキャッシュ サイズはユーザーに対して透過的でした。 v3.0.14、v3.1.2、および v4.0.rc-2 から、TiDB はAUTO_ID_CACHEテーブル オプションを導入して、ユーザーが自動インクリメント ID を割り当てるためのキャッシュ サイズを設定できるようにしました。

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

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

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

この時点で、この列の自動インクリメント キャッシュを無効にして、暗黙的な挿入をやり直すと、結果は次のようになります。

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

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

mysql> INSERT INTO t1 values()
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

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

再割り当てされた値は101です。これは、自動インクリメント ID を割り当てるためのキャッシュのサイズが100であることを示しています。

さらに、バッチINSERTステートメント内の連続する ID の長さがAUTO_ID_CACHEを超える場合、TiDB はそれに応じてキャッシュ サイズを増やし、ステートメントを適切に挿入できるようにします。

自動インクリメント ステップ サイズとオフセット

v3.0.9 および v4.0.0-rc.1 以降、MySQL の動作と同様に、自動インクリメント列に暗黙的に割り当てられる値は、 @@auto_increment_incrementおよび@@auto_increment_offsetセッション変数によって制御されます。

自動インクリメント列に暗黙的に割り当てられる値 (ID) は、次の式を満たします。

(ID - auto_increment_offset) % auto_increment_increment == 0

MySQL 互換モード

TiDB v6.4.0 では、集中自動インクリメント ID 割り当てサービスが導入されています。各リクエストでは、TiDB インスタンスにデータをキャッシュする代わりに、このサービスから自動インクリメント ID が割り当てられます。

現在、集中割り当てサービスは TiDB プロセスにあり、DDL 所有者のように機能します。 1 つの TiDB インスタンスがプライマリ ノードとして ID を割り当て、他の TiDB インスタンスはセカンダリ ノードとして機能します。高可用性を確保するために、プライマリ インスタンスに障害が発生すると、TiDB は自動フェイルオーバーを開始します。

MySQL 互換モードを使用するには、テーブルの作成時にAUTO_ID_CACHEから1を設定できます。

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

ノート：

TiDB では、 AUTO_ID_CACHEから1に設定すると、TiDB が ID をキャッシュしないことを意味します。ただし、実装は TiDB のバージョンによって異なります。

  • TiDB v6.4.0 より前では、ID を割り当てるには TiKV トランザクションが要求ごとにAUTO_INCREMENT値を保持する必要があるため、 AUTO_ID_CACHEから1に設定するとパフォーマンスが低下します。
  • TiDB v6.4.0 以降、集中割り当てサービスが導入されたため、 AUTO_INCREMENT値の変更は TiDB プロセスでのインメモリ操作にすぎないため、より高速になりました。

MySQL 互換モードを有効にすると、割り当てられた ID は一意で単調に増加し、動作は MySQL とほぼ同じになります。 TiDB インスタンス間でアクセスしても、ID は単調に保たれます。一元化されたサービスのプライマリ インスタンスがクラッシュした場合にのみ、いくつかの ID が連続していない可能性があります。これは、ID の一意性を確保するために、フェールオーバー中にプライマリ インスタンスによって割り当てられたはずの一部の ID がセカンダリ インスタンスによって破棄されるためです。

制限

現在、TiDB で使用する場合、 AUTO_INCREMENTには次の制限があります。

  • これは、主キーの最初の列またはインデックスの最初の列で定義する必要があります。
  • INTEGER 、 FLOAT 、またはDOUBLE型の列で定義する必要があります。
  • DEFAULT列の値と同じ列には指定できません。
  • ALTER TABLEを使用してAUTO_INCREMENT属性を追加することはできません。
  • ALTER TABLEを使用してAUTO_INCREMENT属性を削除できます。ただし、v2.1.18 および v3.0.4 以降、TiDB はセッション変数@@tidb_allow_remove_auto_incを使用して、 ALTER TABLE MODIFYまたはALTER TABLE CHANGEを使用して列のAUTO_INCREMENT属性を削除できるかどうかを制御します。デフォルトでは、 ALTER TABLE MODIFYまたはALTER TABLE CHANGEを使用してAUTO_INCREMENT属性を削除することはできません。
  • ALTER TABLEの場合、 FORCEオプションを使用してAUTO_INCREMENT値をより小さい値に設定する必要があります。
  • AUTO_INCREMENTをMAX(<auto_increment_column>)より小さい値に設定すると、既存の値がスキップされないため、重複キーが発生します。

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