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。

项目已开源

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