分布式Sequence的使用及限制 - 云原生数据库 PolarDB

在数据库设计中，为表的每一行生成一个唯一标识符是常见需求，类似于MySQL中的AUTO_INCREMENT。在PolarDB PostgreSQL分布式版中，这一功能通过序列（Sequence）对象实现，您可以通过SERIAL或BIGSERIAL等类型便捷地使用。然而，在分布式环境中，确保所有节点生成的ID全局唯一是一项挑战。PolarDB为此提供了不同的实现机制，其行为和限制根据您选择的序列类型（主要是其整数大小）而异。

序列类型差异

在为分布式表选择序列类型之前，请首先通过下表了解它们的核心区别，以做出正确的技术选型。

特性	64位序列 (`BIGSERIAL`)	16位/32位序列 (`SERIAL`, `SMALLSERIAL`)
推荐用法	强烈推荐用于所有分布式表。	不推荐用于分布式表，除非您能接受其限制。
实现原理	分布式生成：ID由`节点ID(16位)`+`序列值(48位)`组成。	中心化生成：ID生成请求必须路由到主计算节点（主CN）。
ID生成	- 可在任意计算节点（CN）上生成。 - 全局唯一，但不保证连续。	- 只能在主CN上生成。 - 在主CN上生成时是连续的。
核心限制	生成的ID值会因来源节点不同而出现大的跳跃。	在主CN以外的任何节点上尝试生成ID都会直接报错。

详细行为与示例

64位序列

这是为分布式表生成唯一ID的推荐方式。

工作原理

为了在所有节点上都能安全地生成ID，PolarDB PostgreSQL分布式版将64位的整数空间进行切分：高16位用于嵌入当前节点的唯一ID，低48位用于在该节点上递增的序列值。这种结构从根本上保证了不同节点生成的ID绝不会冲突。

行为分析

优点：您可以在任何一个计算节点（主CN或从CN）上执行INSERT操作，具备高可用性和高吞吐能力。
注意事项：由于ID中包含了节点信息，从不同节点插入数据会导致ID值出现大幅跳跃，它们在数值上不是连续的。

示例

-- 创建使用BIGSERIAL的分布式表
CREATE TABLE student (id BIGSERIAL, name TEXT);
SELECT create_distributed_table('student', 'id');

-- (连接到主CN) 插入两条数据
INSERT INTO student (name) VALUES ('Alice'); -- id: 1
INSERT INTO student (name) VALUES ('Bob');   -- id: 2 (连续)

-- (切换连接到从CN) 再插入一条数据
INSERT INTO student (name) VALUES ('Charlie'); -- id: 281474976710657 (发生跳跃)

-- 查看结果
=> SELECT * FROM student ORDER BY id;
        id         |  name
-------------------+---------
                 1 | Alice
                 2 | Bob
 281474976710657   | Charlie
(3 rows)

ID 281474976710657看起来是一个巨大的数字，其二进制表示揭示了其结构：0000000000000001 (节点ID) + 000...0001（序列值），含义为1号节点生成的第1个ID。

16位/32位序列

由于整数空间有限，这些类型无法嵌入节点ID来实现分布式生成。因此，它们采用了一种中心化生成的策略。

工作原理

为了保证全局唯一性，所有针对32/16位序列的ID生成请求都需被路由到主计算节点（主CN）上处理。

行为分析

优点：在主CN上生成的ID是连续的，符合单机数据库的使用习惯。
使用限制：不可在主CN以外的任何节点（如从CN或DN）上执行会触发ID生成的INSERT操作，否则将导致报错operation is not allowed on this node。

示例

-- 创建使用SERIAL的分布式表
CREATE TABLE animal (id SERIAL, name TEXT);
SELECT create_distributed_table('animal', 'id');

-- (连接到主CN) 插入数据，操作成功
INSERT INTO animal (name) VALUES ('cat'); -- id: 1
SELECT * FROM animal;
 id | name
----+------
  1 | cat
(1 row)

-- (切换连接到从CN) 尝试插入数据，操作失败
INSERT INTO animal (name) VALUES ('dog');
ERROR:  nextval(sequence) calls in worker nodes are not supported for column defaults of type int or smallint
HINT:  If the command was issued from a worker node, try issuing it from the coordinator node instead.

错误信息明确指出，在工作节点（此处指从CN）上不支持为int或smallint类型的列调用nextval（即生成序列值）。

总结与最佳实践

首选BIGSERIAL：在为分布式表设计自增ID时，应始终优先选择BIGSERIAL或基于BIGINT的IDENTITY列。
接受ID不连续：使用BIGSERIAL时，业务逻辑不应依赖于ID的严格连续性。ID的唯一性和单调递增性（在单个节点内）是可以保证的。
谨慎使用SERIAL：仅当您的业务场景可以完全容忍所有写操作都通过主CN进行，且不关心从CN的写入可用性时，才可考虑使用SERIAL或SMALLSERIAL。