MySql主键id不推荐使用UUID的原因是什么

引言

在数据库设计中，主键（Primary Key）的选择是一个至关重要的决策。主键不仅用于唯一标识表中的每一行数据，还在索引、外键关联、数据一致性等方面发挥着重要作用。在MySQL中，常见的主键选择包括自增整数（AUTO_INCREMENT）和UUID（Universally Unique Identifier）。虽然UUID在某些场景下有其独特的优势，但在MySQL中，使用UUID作为主键并不被广泛推荐。本文将深入探讨MySQL主键ID不推荐使用UUID的原因，涵盖性能、存储、索引、数据分布等多个方面。

1. UUID的基本概念

1.1 什么是UUID

UUID（Universally Unique Identifier）是一种128位的标识符，通常以32个十六进制数字表示，分为五组，形式为8-4-4-4-12，例如：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。UUID的设计目标是保证在全球范围内的唯一性，即使在不同的系统、不同的时间生成的UUID也不会重复。

1.2 UUID的生成方式

UUID有多种生成方式，常见的有：

• 版本1（基于时间）：基于当前时间戳和MAC地址生成。
• 版本4（随机）：基于随机数生成。
• 版本5（基于命名空间和名称）：基于命名空间和名称的哈希值生成。

在MySQL中，通常使用版本4的UUID，即随机生成的UUID。

2. MySQL主键的选择

2.1 自增整数主键

自增整数主键是MySQL中最常见的主键选择。它通过AUTO_INCREMENT关键字实现，每次插入新记录时，主键值会自动递增。自增整数主键的优势在于：

• 简单高效：自增整数主键的生成和存储都非常简单，且占用空间小。
• 索引效率高：自增整数主键的索引结构紧凑，查询效率高。
• 顺序插入：自增整数主键的顺序插入有助于减少页分裂和碎片化。

2.2 UUID主键

UUID主键在某些场景下有其独特的优势，例如：

• 全局唯一性：UUID在全球范围内唯一，适合分布式系统。
• 安全性：UUID的随机性使得它难以被猜测，适合需要隐藏主键的场景。

然而，尽管UUID有这些优势，但在MySQL中，使用UUID作为主键并不被广泛推荐，主要原因在于性能和存储方面的劣势。

3. MySQL主键ID不推荐使用UUID的原因

3.1 存储空间

3.1.1 UUID的存储空间

UUID是一个128位的标识符，通常以36个字符的字符串形式存储（包括连字符）。在MySQL中，UUID通常存储为CHAR(36)或BINARY(16)。

• CHAR(36)：每个字符占用1字节，36个字符共占用36字节。
• BINARY(16)：直接存储128位的二进制数据，占用16字节。

相比之下，自增整数主键通常使用INT或BIGINT类型：

• INT：占用4字节，范围为-2^31到2^31-1。
• BIGINT：占用8字节，范围为-2^63到2^63-1。

显然，UUID的存储空间远大于自增整数主键。对于大规模数据集，存储空间的差异会显著影响数据库的性能和成本。

3.1.2 存储空间对性能的影响

存储空间的增加不仅影响磁盘空间的使用，还会影响内存的使用。MySQL的InnoDB存储引擎使用B+树索引结构，索引节点的大小直接影响索引的深度和查询性能。较大的主键值会导致索引节点变大，进而增加索引的深度，降低查询效率。

3.2 索引性能

3.2.1 索引结构

MySQL的InnoDB存储引擎使用B+树作为索引结构。B+树是一种平衡树，具有以下特点：

• 节点大小固定：每个节点存储的键值对数量有限。
• 树的高度与节点大小成反比：节点越大，树的高度越低，查询效率越高。

然而，UUID的较大存储空间会导致索引节点变大，进而增加树的高度，降低查询效率。

3.2.2 索引分裂与碎片化

自增整数主键的顺序插入有助于减少页分裂和碎片化。而UUID的随机性会导致插入操作频繁发生在索引的不同位置，增加页分裂和碎片化的风险。页分裂和碎片化不仅影响插入性能，还会影响查询性能。

3.3 数据分布

3.3.1 数据局部性

自增整数主键的顺序插入有助于数据的局部性，即相邻的主键值通常存储在相邻的磁盘页中。这种局部性有助于提高查询性能，特别是范围查询。

而UUID的随机性会导致数据分布不均匀，相邻的主键值可能存储在不同的磁盘页中。这种不均匀的数据分布会增加磁盘I/O，降低查询性能。

3.3.2 缓存效率

MySQL的InnoDB存储引擎使用缓冲池（Buffer Pool）来缓存磁盘页。自增整数主键的顺序插入有助于提高缓冲池的命中率，因为相邻的主键值通常存储在相邻的磁盘页中。

而UUID的随机性会导致缓冲池的命中率降低，因为相邻的主键值可能存储在不同的磁盘页中。较低的缓冲池命中率会增加磁盘I/O，降低查询性能。

3.4 插入性能

3.4.1 插入顺序

自增整数主键的顺序插入有助于减少页分裂和碎片化，提高插入性能。而UUID的随机性会导致插入操作频繁发生在索引的不同位置，增加页分裂和碎片化的风险，降低插入性能。

3.4.2 插入冲突

虽然UUID在全球范围内唯一，但在高并发的插入操作中，仍然存在极小的概率发生UUID冲突。虽然这种概率极低，但在大规模数据集中，仍然可能发生。UUID冲突会导致插入失败，增加系统的复杂性。

3.5 查询性能

3.5.1 范围查询

自增整数主键的顺序插入有助于提高范围查询的性能，因为相邻的主键值通常存储在相邻的磁盘页中。而UUID的随机性会导致范围查询的性能下降，因为相邻的主键值可能存储在不同的磁盘页中。

3.5.2 索引扫描

自增整数主键的紧凑索引结构有助于提高索引扫描的性能。而UUID的较大存储空间会导致索引节点变大，增加索引扫描的开销。

3.6 数据迁移与备份

3.6.1 数据迁移

在数据迁移过程中，自增整数主键的简单性和紧凑性有助于提高迁移效率。而UUID的较大存储空间和随机性会增加数据迁移的复杂性和时间。

3.6.2 数据备份

自增整数主键的简单性和紧凑性有助于提高数据备份的效率。而UUID的较大存储空间和随机性会增加数据备份的复杂性和时间。

4. 替代方案

4.1 组合主键

在某些场景下，可以使用组合主键来替代UUID。组合主键由多个字段组成，例如(user_id, timestamp)。组合主键的优势在于：

• 唯一性：组合主键可以保证唯一性。
• 局部性：组合主键的顺序插入有助于提高数据的局部性。
• 存储空间：组合主键的存储空间通常小于UUID。

4.2 分布式ID生成器

在分布式系统中，可以使用分布式ID生成器来替代UUID。分布式ID生成器通常基于雪花算法（Snowflake Algorithm），生成全局唯一的ID。分布式ID生成器的优势在于：

• 全局唯一性：分布式ID生成器生成的ID在全球范围内唯一。
• 顺序性：分布式ID生成器生成的ID具有顺序性，有助于提高数据的局部性。
• 存储空间：分布式ID生成器生成的ID通常占用较小的存储空间。

5. 结论

尽管UUID在全球范围内唯一且具有随机性，但在MySQL中，使用UUID作为主键并不被广泛推荐。主要原因在于UUID的较大存储空间、随机性导致的索引性能下降、数据分布不均匀、插入性能下降、查询性能下降以及数据迁移与备份的复杂性。相比之下，自增整数主键在存储空间、索引性能、数据分布、插入性能、查询性能以及数据迁移与备份方面具有显著优势。

在分布式系统中，可以考虑使用分布式ID生成器来替代UUID，以兼顾全局唯一性和性能。总之，在选择MySQL主键时，应综合考虑性能、存储、索引、数据分布等多个因素，选择最适合业务场景的主键类型。