前言

领导：既然自增数字主键会导致主备同步时主键冲突，自增主键能不能砍掉？

答：自增主键主要是技术上提升效率，键冲突可以考虑备库插入时不指定主键值，或者binlog改成row模式，而且，

公司规范：如果表记录超过1万行，建议用自增数字当主键，类型用BIGINT UNSIGNED。

InnoDB结构B+树

要了解InnoDB必须先了解B+树

主键B+树

B+树特点

• 有序
• 多叉树
• 叶子节点之间有引用，是一个链表
  • 可以有效处理范围数据，如下图查询1-7行，无需返回父节点，直接通过2-->3的引用查询即可。

定义Max. Degree = 4：节点达到4条记录就分裂，就是每个节点最多3条记录

上图主键依次递增，现在在中间插入主键8

页分裂：插入节点8，原节点超过3条记录，触发页分裂，同时父节点插入新增节点起始元素。当父节点超过3个元素，同样会触发分裂。

页合并：页分裂的逆过程，删除元素时可能触发。

为什么自增数字

为什么自增

• 减少页分裂
  • 如果不是自增主键
    • 性能开销：为了维护索引的有序性，需要先查找到中间位置（如上图的主键8），分裂原来的（3，4，7）节点为（3，4）+（7，8）两个节点，需要挪动数据，然后改变节点间的引用，期间涉及到多个IO操作，高并发环境下影响性能。
    • 空间开销：又由于页分裂后每个页依然保持16KB，所以原本16KB的元素需要平分在两个页内，也就是说两个刚分裂的页会有接近50%冗余空间，如图2红框，本来3个元素的节点分裂成只有2个元素，而数据页依然是16KB，所以分裂后节点空间利用率直接减半。在数据量大且插入频繁的情况，会造成索引树存在大量碎片，占用磁盘空间。
  • 自增主键：直接在B+树最后节点添加元素/新增节点即可。

为什么数字

减少索引树节点大小

• 因为是数字类型BIGINT UNSIGNED，占用空间相对较少，可以让每个节点尽量多放记录，减少页分裂。在同样多记录的前提下，B+树高度可以更小，每次查询都可以减少IO。
• InnoDB页大小默认16K，每次从磁盘拿16K的数据，可以通过参数配置。
  • show variables like 'innodb_page_size'
• 用大小（2KB VS 8B）的记录做索引，4层的B+树最多存多少条记录
  • 2KB索引：16KB的页只能放16/2=8条数据，4层树最多存放8^4=4096条数据
  • 8B BIGINT UNSIGNED索引：16KB的页可以放16000/2=2000条数据，4层树最多存放2000^4=16000000000000，相当于同样数量的记录，树高度可以更低，查询IO更少。
• 非主键索引叶子指向主键，可以减少非主键索引树的空间占用

PS. BIGINT UNSIGNED范围：0-2^64-1。

什么时候不需用自增主键

• 数据量小
  • 数据量很小，小到全表扫描效率比扫描索引树要高时，不适合建立索引，就更没有自增主键的必要了。
  • 数据量千级，索引树大小不大，对性能和空间影响都不会很大。
• KV场景
  • 在全表只有一个唯一索引（Key-Value场景），且读多写少的前提下，应尽量避免查询时回表（搜索两颗索引树），这种情况可以考虑用业务字段做主键。

References

BIGINT 范围：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/integer-types.html

自定义B+树动态图：https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/BPlusTree.html