昆仑分布式数据库 Sequence 功能及其实现机制

昆仑分布式数据库（下文简称昆仑或者昆仑数据库）的计算节点源自 PostgreSQL，因此继承了 PostgreSQL 的 Sequence 功能，本文介绍昆仑分布式数据库的 Sequence 的功能用法、用例和实现。

用法和用例

昆仑数据库的 Sequence 与 MySQL 的 autoincrement（自增列）相比，其功能更加强大和灵活。主要体现在以下几方面：

1. 昆仑的 Sequence 与表是多对多的关系，而 MySQL 的自增列与表是 1 对 1 关系

具体来说，昆仑数据库的每个表可以有任意数量的 sequence 列使用相同或者不同的 sequence 产生序列值；

并且每一个 sequence 可以被任意多个表的任意多个列使用来产生 ID 值。

而 MySQL 的每个表最多只能有一个自增列并且这个自增列只能被这个表使用（这是废话，但是为了内容对称还是要提一下）。

2. 可以在任何时候调整 sequence 的初始值，最大值，步长，范围等属性然后继续使用，然后 sequence 就会按照新的属性产生新序列值。

3. 不依赖索引，清空表后序列值不回绕。

4. 昆仑数据库集群多个计算节点直接或者间接使用同一个 sequence 都可以产生全局唯一的序列值。

让我们看一个例子，首先创建一个表 t1，t1 的主键列 serial 类型标明它使用一个隐式创建的 sequence 来产生字段值，所以插入时候可以不为它指定字段值。

create table t1(a serial primary key, b int);

然后创建 sequence seq_b，准备用 seq_b 来产生字段值。创建时可以可选地指定 sequence 的属性，不指定就使用默认值。

create sequence seq_b;

先执行这个语句插入 9 行，显式调用 seq_b 产生字段值。

insert into t1(b) values(nextval('seq_b'));

可以看到 t1 的数据如下：

select*from t1;

然后创建表 t2，它的 b 和 c 列都使用 seq_b 产生缺省字段值，并且其主键列也适用隐式 sequence 来产生字段值。

create table t2(a serial primary key, b int default nextval('seq_b'), c int default nextval('seq_b'));

由于 t2 的所有字段都有缺省值，所以用如下语句插入表 t2 3 行。

insert into t2 default values;

查看 t2 的数据，可以看到每行 b 和 c 字段是使用 seq_b 依次产生的字段值，并且从 seq_b 上次产生的 9 之后开始产生序列值。

select*from t2;

最后，还可以使用 select nextval(‘seq_b’); 这样的语句来直接产生序列值。

修改 sequence 元数据及其他

可以使用 ALTER SEQUENCE 语句来修改 sequence 的属性，也可以使用 ALTER TABLE … ALTER COLUMN … SET seqoptions 语句来修改列的隐式 sequence 的属性。

还可以使用上述 alter table 语句 restart 一个 sequence。并且可以使用 lastval()函数获得 sequence 上次返回的值。

sequence 实现

昆仑数据库的 sequence 实现继承了 PostgreSQL 原有的 sequence 机制。

为了使 sequence 数据具备容灾能力并且能够被任意数量的计算节点同时使用，因此 sequence 的与序列值分发有关的数值数据存储在存储节点的 mysql.sequences 表中，每行对应一个 sequence。

一个 sequence 的元数据具体存储在哪个存储集群中，是在创建 sequence 时由计算节点动态分配的。

sequence 的其他元数据存储在计算节点，可以使用下面的语句查看 sequence 在计算节点中的元数据：

select t2.relname, t2.oid, seqstart, seqincrement, seqmax, seqmin, seqcache, seqcycle from pg_sequence t1, pg_class t2 where t1.seqrelid = t2.oid;

可以看到 t1 和 t2 的主键列的隐式 sequence 分别是 t1_a_seq 和 t2_a_seq，还有显式创建的 seq_b ，这些 sequence 的数值元数据所在的存储集群分别是 1,2,1。

同时，可以看到 sequence 的基本元数据也存储在 pg_class 元数据表中，而其特有属性存储在 pg_sequence 表中。

分别连接到编号为 1 和 2 的 shard 查看这 3 个 sequence 在这两个存储集群的 mysql.sequence 表中的数值元数据，可以看到以下信息：

当首次使用一个 sequence 或者其预约的数值范围用尽时，一个计算节点 CN 就会通过其 cluster_log_applier 进程到这个 sequence 所在的存储集群中去 reserve (curval, cur_val + max(10, seqcache)) 这个范围的字段值，然后 CN 使用这个 reserve 的范围来为这个 sequence 分发序列值，直到再次用尽。

这样，即使有多个计算节点使用同一个 sequence 来分发序列值，仍然可以保持高性能并且保持所有计算节点分发的序列值都唯一。

结语

通俗来讲，如果对数据库的读和写都在同一个数据库服务器中操作，业务系统性能会降低。

为了提升业务系统性能，优化用户体验，可以通过做主从复制来减轻主数据库的负载。

而且如果主数据库宕机，可快速将业务系统切换到从数据库上，可避免数据丢失。

END

昆仑数据库是一个 HTAP NewSQL 分布式数据库管理系统，可以满足用户对海量关系数据的存储管理和利用的全方位需求。应用开发者和 DBA 的使用昆仑数据库的体验与单机 MySQL 和单机 PostgreSQL 几乎完全相同，因为首先昆仑数据库支持 PostgreSQL 和 MySQL 双协议，支持标准 SQL:2011 的 DML 语法和功能以及 PostgreSQL 和 MySQL 对标准 SQL 的扩展。同时，昆仑数据库集群支持水平弹性扩容，数据自动拆分，分布式事务处理和分布式查询处理，健壮的容错容灾能力，完善直观的监测分析告警能力，集群数据备份和恢复等 常用的 DBA 数据管理和操作。所有这些功能无需任何应用系统侧的编码工作，也无需 DBA 人工介入，不停服不影响业务正常运行。昆仑数据库具备全面的 OLAP 数据分析能力，通过了 TPC-H 和 TPC-DS 标准测试集，可以实时分析最新的业务数据，帮助用户发掘出数据的价值。昆仑数据库支持公有云和私有云环境的部署，可以与 docker，k8s 等云基础设施无缝协作，可以轻松搭建云数据库服务。请访问 http://www.zettadb.com/ 获取更多信息并且下载昆仑数据库软件、文档和资料。

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