华山论剑之 PostgreSQL sequence (上篇)

前言

本文是 sequence 系列继三大数据库 sequence 之华山论剑 (Oracle PostgreSQL MySQL sequence 十年经验总结) 之后的第二篇，主要分享一下 PostgreSQL 中关于 sequence 的一些经验。

测试环境准备

以下测试是在 PostgreSQL 11 中进行。

通过以下 SQL 创建：

测试用户: alvin，普通用户，非 superuser

测试数据库: alvindb，owner 是 alvin

测试 schema: alvin，owner 也是 alvin

这里采用的是 user 与 schema 同名，结合默认的 search_path("$user", public)，这样操作对象(table, sequence, etc.)时就不需要加 schema 前缀了。

postgres=# CREATE USER alvin WITH PASSWORD 'alvin';
CREATE ROLE
postgres=# CREATE DATABASE alvindb OWNER alvin;
CREATE DATABASE
postgres=# \c alvindb
You are now connected to database "alvindb" as user "postgres".
alvindb=# CREATE SCHEMA alvin AUTHORIZATION alvin;
CREATE SCHEMA
alvindb=# \c alvindb alvin
You are now connected to database "alvindb" as user "alvin".
alvindb=> SHOW search_path;
   search_path   
-----------------
 "$user", public
(1 row)

创建 sequence 的两种方式

sequence 常规用途是用作主键序列的生成。下面通过通过创建 sequence 及表来讨论 sequence 创建方式。

创建 sequence 方式一 直接创建

下面是一种简单方式直接创建 sequence 及表。

alvindb=> CREATE SEQUENCE tb_test_sequence_test_id_seq;
CREATE SEQUENCE
alvindb=> 
CREATE TABLE tb_test_sequence (
    test_id INTEGER DEFAULT nextval('alvin.tb_test_sequence_test_id_seq') PRIMARY KEY,
    create_time TIMESTAMP DEFAULT clock_timestamp()
);
CREATE TABLE

查看已创建的对象

alvindb=> \d
                    List of relations
 Schema |             Name             |   Type   | Owner 
--------+------------------------------+----------+-------
 alvin  | tb_test_sequence_test_id_seq | sequence | alvin
 alvin  | tb_test_sequence             | table    | alvin
(2 rows)

查看已创建对象的结构

alvindb=> \d tb_test_sequence
                                            Table "alvin.tb_test_sequence"
   Column    |            Type             | Collation | Nullable |                      Default                      
-------------+-----------------------------+-----------+----------+---------------------------------------------------
 test_id     | integer                     |           | not null | nextval('tb_test_sequence_test_id_seq'::regclass)
 create_time | timestamp without time zone |           |          | clock_timestamp()
Indexes:
    "tb_test_sequence_pkey" PRIMARY KEY, btree (test_id)
 
alvindb=> \d tb_test_sequence_test_id_seq
                Sequence "alvin.tb_test_sequence_test_id_seq"
  Type  | Start | Minimum |       Maximum       | Increment | Cycles? | Cache 
--------+-------+---------+---------------------+-----------+---------+-------
 bigint |     1 |       1 | 9223372036854775807 |         1 | no      |     1
 
alvindb=>

此时，我们会注意到，问题一，列 tb_test_sequence.test_id 的类型是 integer，而创建的 sequence 默认类型是 bigint。

这样没有问题，但如果类型一致的话会更好。

接下来，我们 drop sequence 的话，会发现，由于表依赖 sequence，所以不能单独 drop sequence。

alvindb=> DROP SEQUENCE tb_test_sequence_test_id_seq;
ERROR:  cannot drop sequence tb_test_sequence_test_id_seq because other objects depend on it
DETAIL:  default value for column test_id of table tb_test_sequence depends on sequence tb_test_sequence_test_id_seq
HINT:  Use DROP ... CASCADE to drop the dependent objects too.
alvindb=> 

下面我们 drop 掉表 tb_test_sequence。

alvindb=> DROP TABLE tb_test_sequence;
DROP TABLE
alvindb=> \d
                    List of relations
 Schema |             Name             |   Type   | Owner 
--------+------------------------------+----------+-------
 alvin  | tb_test_sequence_test_id_seq | sequence | alvin
(1 row)

可以看到，问题二，虽然表 drop 了，但 sequence 还在。

这样会有什么问题呢？

在一个大型的数据库系统中，我们可能会发现有好多孤立的 sequence，因为我们 drop 表时可能会忘记 drop 掉其对应的 sequence。

现在先手动 drop 掉 sequence。

alvindb=> DROP SEQUENCE tb_test_sequence_test_id_seq;
DROP SEQUENCE
alvindb=> \d
Did not find any relations.
alvindb=> 

我们优化一下 SQL 来解决上述两个问题：

alvindb=> CREATE SEQUENCE tb_test_sequence_test_id_seq AS INTEGER;
CREATE SEQUENCE
alvindb=> 
CREATE TABLE tb_test_sequence (
    test_id INTEGER DEFAULT nextval('alvin.tb_test_sequence_test_id_seq') PRIMARY KEY,
    create_time TIMESTAMP DEFAULT clock_timestamp()
);
CREATE TABLE
alvindb=> ALTER SEQUENCE tb_test_sequence_test_id_seq OWNED BY tb_test_sequence.test_id;
ALTER SEQUENCE

上述 SQL 的作用是:

1. 创建 sequence 时指定类型，使列与 sequence 的类型保持一致

2. 关联表的列与 sequence，使 drop 表或列时会自动 drop 与其关联的 sequence

查看表结构，

alvindb=> \d tb_test_sequence
                                            Table "alvin.tb_test_sequence"
   Column    |            Type             | Collation | Nullable |                      Default                      
-------------+-----------------------------+-----------+----------+---------------------------------------------------
 test_id     | integer                     |           | not null | nextval('tb_test_sequence_test_id_seq'::regclass)
 create_time | timestamp without time zone |           |          | clock_timestamp()
Indexes:
    "tb_test_sequence_pkey" PRIMARY KEY, btree (test_id)
 
alvindb=> \d tb_test_sequence_test_id_seq
            Sequence "alvin.tb_test_sequence_test_id_seq"
  Type   | Start | Minimum |  Maximum   | Increment | Cycles? | Cache 
---------+-------+---------+------------+-----------+---------+-------
 integer |     1 |       1 | 2147483647 |         1 | no      |     1
Owned by: alvin.tb_test_sequence.test_id

可以看到，

1. 列 tb_test_sequence.test_id 与 sequence 的类型均为 integer
2. sequence 下方多了 'Owned by'，表示列与 sequence 已关联了。

下面 drop 表后，可以看到，sequence 也已被 drop 了。

alvindb=> DROP TABLE tb_test_sequence;
DROP TABLE
alvindb=> \d
Did not find any relations.

实际上，如果 drop 掉列 test_id，其关联的 sequence 也会被 drop。

alvindb=> ALTER TABLE tb_test_sequence DROP COLUMN test_id;
ALTER TABLE
alvindb=> \d tb_test_sequence
                            Table "alvin.tb_test_sequence"
   Column    |            Type             | Collation | Nullable |      Default      
-------------+-----------------------------+-----------+----------+-------------------
 create_time | timestamp without time zone |           |          | clock_timestamp()
 alvindb=> \d
             List of relations
 Schema |       Name       | Type  | Owner 
--------+------------------+-------+-------
 alvin  | tb_test_sequence | table | alvin
(1 row)

创建 sequence 方式二 通过 serial 创建

下面通过一个 SQL 来实现与上面完全相同的效果。

alvindb=> 
CREATE TABLE tb_test_sequence (
    test_id SERIAL PRIMARY KEY,
    create_time TIMESTAMP DEFAULT clock_timestamp()
);
CREATE TABLE

查看表结构，与方式一中完全一样。

alvindb=> \d
                    List of relations
 Schema |             Name             |   Type   | Owner 
--------+------------------------------+----------+-------
 alvin  | tb_test_sequence             | table    | alvin
 alvin  | tb_test_sequence_test_id_seq | sequence | alvin
(2 rows)
alvindb=> \d tb_test_sequence
                                            Table "alvin.tb_test_sequence"
   Column    |            Type             | Collation | Nullable |                      Default                      
-------------+-----------------------------+-----------+----------+---------------------------------------------------
 test_id     | integer                     |           | not null | nextval('tb_test_sequence_test_id_seq'::regclass)
 create_time | timestamp without time zone |           |          | clock_timestamp()
Indexes:
    "tb_test_sequence_pkey" PRIMARY KEY, btree (test_id)
 
alvindb=> \d tb_test_sequence_test_id_seq
            Sequence "alvin.tb_test_sequence_test_id_seq"
  Type   | Start | Minimum |  Maximum   | Increment | Cycles? | Cache 
---------+-------+---------+------------+-----------+---------+-------
 integer |     1 |       1 | 2147483647 |         1 | no      |     1
Owned by: alvin.tb_test_sequence.test_id

这里总结一下一个单词 SERIAL 做了什么事情：

1. 根据规则 tablename_colname_seq 创建 sequence，并设置 DEFAULT
2. 增加 NOT NULL 约束
3. 关联列与 sequence，使表或关联的列 drop 时，关联的 sequence 也会被 drop 掉

注：这里 SERIAL 和 PRIMARY KEY 之一都会默认增加 NOT NULL 约束

用 SERIAL 的确省了不少事，但它有什么问题吗？使用它会不会又引入了新的问题？

1. SERIAL 对应的数据类型是 integer，作为主键的数据类型，integer 足够吗？
2. 关联列与 sequence 后，drop 时是方便了，但同时会不会给运维带来新的问题？比如 rename 表，列或 sequence？
3. 在复制表或迁移表时，又该对 sequence 作何操作呢？

接下来，我们从这几个问题出发进一步探讨。

serial 与 bigserial

serial 对应的是 integer，是 4 个字节，最大值是 2 147 483 647，即 21 亿左右。

作为大表主键的 sequence，21 亿真的够吗？按全球人口 70 亿算，一人一个数都不够。

为解决这个问题，可以用 bigserial，即 bigint，8 个字节，最大值是 9 223 372 036 854 775 807，即 922亿个亿左右。这对于绝大多数场景是足够了，这也是 PostgreSQL 中 sequence 的最大值。

使用 bigserial 创建表：

alvindb=> 
CREATE TABLE tb_test_bigserial (
    test_id BIGSERIAL PRIMARY KEY,
    create_time TIMESTAMP DEFAULT clock_timestamp()
);
CREATE TABLE

查看表结构，

alvindb=> \d tb_test_bigserial
                                            Table "alvin.tb_test_bigserial"
   Column    |            Type             | Collation | Nullable |                      Default                       
-------------+-----------------------------+-----------+----------+----------------------------------------------------
 test_id     | bigint                      |           | not null | nextval('tb_test_bigserial_test_id_seq'::regclass)
 create_time | timestamp without time zone |           |          | clock_timestamp()
Indexes:
    "tb_test_bigserial_pkey" PRIMARY KEY, btree (test_id)
 
alvindb=> \d tb_test_bigserial_test_id_seq
                Sequence "alvin.tb_test_bigserial_test_id_seq"
  Type  | Start | Minimum |       Maximum       | Increment | Cycles? | Cache 
--------+-------+---------+---------------------+-----------+---------+-------
 bigint |     1 |       1 | 9223372036854775807 |         1 | no      |     1
Owned by: alvin.tb_test_bigserial.test_id

可以看到，列 test_id 和 sequence 的 Type 都是 bigint。这样，sequence 的类型问题就解决了。

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