十三、 淘宝数据库，主键如何设计的？
聊一个实际问题：淘宝的数据库，主键是如何设计的？
某些错的离谱的答案还在网上年复一年的流传着，甚至还成为了所谓的MySQL军规。其中，一个最明显的错误就是关于MySQL的主键设计。
大部分人的回答如此自信：用8字节的 BIGINT 做主键，而不要用INT, 错 ！
这样的回答，只站在了数据库这一层，而没有 从业务的角度 思考主键。主键就是一个自增ID吗？站在2022年的新年档口，用自增做主键，架构设计上可能 连及格都拿不到 。
13.1 自增ID的问题
自增ID做主键，简单易懂，几乎所有数据库都支持自增类型，只是实现上各自有所不同而已。自增ID除了简单，其他都是缺点，总体来看存在以下几方面的问题：
1.可靠性不高
存在自增ID回溯的问题，这个问题直到最新版本的MySQL 8.0才修复。
2.安全性不高
对外暴露的接口可以非常容易猜测对应的信息。比如：/User/1/这样的接口，可以非常容易猜测用户ID的值为多少，总用户数量有多少，也可以非常容易地通过接口进行数据的爬取。
3.性能差
自增ID的性能较差，需要在数据库服务器端生成。
4.交互多
业务还需要额外执行一次类似 last_insert_id() 的函数才能知道刚才插入的自增值，这需要多一次的网络交互。在海量并发的系统中，多1条SQL，就多一次性能上的开销。
5.局部唯一性
最重要的一点，自增ID是局部唯一，只在当前数据库实例中唯一，而不是全局唯一，在任意服务器间都是唯一的。对于目前分布式系统来说，这简直就是噩梦
13.2 业务字段做主键
为了能够唯一地标识一个会员的信息，需要为 会员信息表 设置一个主键。那么，怎么为这个表设置主键，才能达到我们理想的目标呢？ 这里我们考虑业务字段做主键。表数据如下：
在这个表里，哪个字段比较合适呢？
选择卡号
会员卡号（cardno）看起来比较合适，因为会员卡号不能为空，而且有唯一性，可以用来 标识一条会员记录。
1 mysql> CREATE TABLE demo.membermaster 2 -> ( 3 -> cardno CHAR(8) PRIMARY KEY, -- 会员卡号为主键 4 -> membername TEXT, 5 -> memberphone TEXT, 6 -> memberpid TEXT, 7 -> memberaddress TEXT, 8 -> sex TEXT, 9 -> birthday DATETIME 10 -> ); Query OK, 0 rows affected (0.06 sec)
不同的会员卡号对应不同的会员，字段“cardno”唯一地标识某一个会员。如果都是这样，会员卡号与会员一一对应，系统是可以正常运行的。
但实际情况是， 会员卡号可能存在重复使用 的情况。比如，张三因为工作变动搬离了原来的地址，不再到商家的门店消费了 （退还了会员卡），于是张三就不再是这个商家门店的会员了。但是，商家不想让这个会 员卡空着，就把卡号是“10000001”的会员卡发给了王五。
从系统设计的角度看，这个变化只是修改了会员信息表中的卡号是“10000001”这个会员 信息，并不会影响到数据一致性。也就是说，修改会员卡号是“10000001”的会员信息， 系统的各个模块，都会获取到修改后的会员信息，不会出现“有的模块获取到修改之前的会员信息，有的模块获取到修改后的会员信息，而导致系统内部数据不一致”的情况。因此，从 信息系统层面 上看是没问题的。
但是从使用 系统的业务层面 来看，就有很大的问题 了，会对商家造成影响。
比如，我们有一个销售流水表（trans），记录了所有的销售流水明细。2020 年 12 月 01 日，张三在门店购买了一本书，消费了 89 元。那么，系统中就有了张三买书的流水记录，如下所示：
接着，我们查询一下 2020 年 12 月 01 日的会员销售记录：
1 mysql> SELECT b.membername,c.goodsname,a.quantity,a.salesvalue,a.transdate 2 -> FROM demo.trans AS a 3 -> JOIN demo.membermaster AS b 4 -> JOIN demo.goodsmaster AS c 5 -> ON (a.cardno = b.cardno AND a.itemnumber=c.itemnumber); 6 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 7 | membername | goodsname | quantity | salesvalue | transdate | 8 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 9 | 张三 | 书 | 1.000 | 89.00 | 2020-12-01 00:00:00 | 10 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 11 1 row in set (0.00 sec)
如果会员卡“10000001”又发给了王五，我们会更改会员信息表。导致查询时：
1 mysql> SELECT b.membername,c.goodsname,a.quantity,a.salesvalue,a.transdate 2 -> FROM demo.trans AS a 3 -> JOIN demo.membermaster AS b 4 -> JOIN demo.goodsmaster AS c 5 -> ON (a.cardno = b.cardno AND a.itemnumber=c.itemnumber); 6 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 7 | membername | goodsname | quantity | salesvalue | transdate | 8 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 9 | 王五 | 书 | 1.000 | 89.00 | 2020-12-01 00:00:00 | 10 +------------+-----------+----------+------------+---------------------+ 11 1 row in set (0.01 sec)
这次得到的结果是：王五在 2020 年 12 月 01 日，买了一本书，消费 89 元。显然是错误的！结论：千万不能把会员卡号当做主键。
选择会员电话 或 身份证号
会员电话可以做主键吗？不行的。在实际操作中，手机号也存在 被运营商收回 ，重新发给别人用的情况。
那身份证号行不行呢？好像可以。因为身份证决不会重复，身份证号与一个人存在一一对 应的关系。可问题是，身份证号属于 个人隐私 ，顾客不一定愿意给你。要是强制要求会员必须登记身份证号，会把很多客人赶跑的。其实，客户电话也有这个问题，这也是我们在设计会员信息表的时候，允许身份证号和电话都为空的原因。
所以，建议尽量不要用跟业务有关的字段做主键。毕竟，作为项目设计的技术人员，我们谁也无法预测在项目的整个生命周期中，哪个业务字段会因为项目的业务需求而有重复，或者重用之类的情况出现。
经验：
刚开始使用 MySQL 时，很多人都很容易犯的错误是喜欢用业务字段做主键，想当然地认为了解业务需求，但实际情况往往出乎意料，而更改主键设置的成本非常高。
13.3 淘宝的主键设计
在淘宝的电商业务中，订单服务是一个核心业务。请问，订单表的主键 淘宝是如何设计的呢？是自增ID吗？
打开淘宝，看一下订单信息：
从上图可以发现，订单号不是自增ID！我们详细看下上述4个订单号：
1550672064762308113 1481195847180308113 1431156171142308113 1431146631521308113
订单号是19位的长度，且订单的最后5位都是一样的，都是08113。且订单号的前面14位部分是单调递增的。
大胆猜测，淘宝的订单ID设计应该是
订单ID = 时间 + 去重字段 + 用户ID后6位尾号
这样的设计能做到全局唯一，且对分布式系统查询及其友好。
13.4 推荐的主键设计
非核心业务：对应表的主键自增ID，如告警、日志、监控等信息。
核心业务 ：主键设计至少应该是全局唯一且是单调递增。全局唯一保证在各系统之间都是唯一的，单调递增是希望插入时不影响数据库性能。
这里推荐最简单的一种主键设计：UUID。
UUID的特点：全局唯一，占用36字节，数据无序，插入性能差。
认识UUID：
为什么UUID是全局唯一的？
为什么UUID占用36个字节？
为什么UUID是无序的？
MySQL数据库的UUID组成如下所示：
UUID = 时间+UUID版本（16字节）- 时钟序列（4字节） - MAC地址（12字节）
我们以UUID值e0ea12d4-6473-11eb-943c-00155dbaa39d举例：
为什么UUID是全局唯一的？
在UUID中时间部分占用60位，存储的类似TIMESTAMP的时间戳，但表示的是从1582-10-15 00：00：00.00到现在的100ns的计数。可以看到UUID存储的时间精度比TIMESTAMPE更高，时间维度发生重复的概率降低到1/100ns。
时钟序列是为了避免时钟被回拨导致产生时间重复的可能性。MAC地址用于全局唯一。
为什么UUID占用36个字节？
UUID根据字符串进行存储，设计时还带有无用"-"字符串，因此总共需要36个字节。
为什么UUID是随机无序的呢？
因为UUID的设计中，将时间低位放在最前面，而这部分的数据是一直在变化的，并且是无序。
改造UUID
若将时间高低位互换，则时间就是单调递增的了，也就变得单调递增了。MySQL 8.0可以更换时间低位和时间高位的存储方式，这样UUID就是有序的UUID了。
MySQL 8.0还解决了UUID存在的空间占用的问题，除去了UUID字符串中无意义的"-"字符串，并且将字符串用二进制类型保存，这样存储空间降低为了16字节。
可以通过MySQL8.0提供的uuid_to_bin函数实现上述功能，同样的，MySQL也提供了bin_to_uuid函数进行转化：
SET @uuid = UUID(); SELECT @uuid,uuid_to_bin(@uuid),uuid_to_bin(@uuid,TRUE);
通过函数uuid_to_bin(@uuid,true)将UUID转化为有序UUID了
全局唯一 + 单调递增，这不就是我们想要的主键！
有序UUID性能测试
16字节的有序UUID，相比之前8字节的自增ID，性能和存储空间对比究竟如何呢？
我们来做一个测试，插入1亿条数据，每条数据占用500字节，含有3个二级索引，最终的结果如下所示：
从上图可以看到插入1亿条数据有序UUID是最快的，而且在实际业务使用中有序UUID在 业务端就可以生成。还可以进一步减少SQL的交互次数。
另外，虽然有序UUID相比自增ID多了8个字节，但实际只增大了3G的存储空间，还可以接受。
在当今的互联网环境中，非常不推荐自增ID作为主键的数据库设计。更推荐类似有序UUID的全局唯一的实现。 另外在真实的业务系统中，主键还可以加入业务和系统属性，如用户的尾号，机房的信息等。这样的主键设计就更为考验架构师的水平了。
如果不是MySQL8.0 肿么办？
手动赋值字段做主键！
比如，设计各个分店的会员表的主键，因为如果每台机器各自产生的数据需要合并，就可能会出现主键重复的问题。
可以在总部 MySQL 数据库中，有一个管理信息表，在这个表中添加一个字段，专门用来记录当前会员编号的最大值。
门店在添加会员的时候，先到总部 MySQL 数据库中获取这个最大值，在这个基础上加 1，然后用这个值作为新会员的“id”，同时，更新总部 MySQL 数据库管理信息表中的当 前会员编号的最大值。
这样一来，各个门店添加会员的时候，都对同一个总部 MySQL 数据库中的数据表字段进 行操作，就解决了各门店添加会员时会员编号冲突的问题。
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