数据库自增字段的三种实现方式-51CTO.COM

在设计数据库的表结构时，经常会使用一个自动增长的数字序列作为主键字段（代理主键）。

除了作为主键使用之外，自增字段也可以用于记录各个操作发生的先后顺序，因为它具有递增特性。当我们插入一行数据时，数据库会为自增字段生成一个新的数值。

我们今天的主题就是自增字段的实现，下表列出了主流数据库中创建自增字段的几种方法：

接下来我们针对不同的数据库进行详细讨论。

MySQL

AUTO_INCREMENT

MySQL 通过 AUTO_INCREMENT 属性定义自增字段，并且需要遵循以下规则：

每个表只能有一个自增字段，数据类型一般是整数；
自增字段必须创建主键（PRIMARY KEY）或者唯一索引（UNIQUE）；
自增字段必须非空（NOT NULL），MySQL 会自动为自增字段设置非空约束。

以下语句创建了一个表 users，其中 user_id 是一个自增主键字段：

create table users(
  user_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  user_name VARCHAR(50) NOT NULL,
  email VARCHAR(100)
);

接下来我们插入两条数据：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');


select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|

在上面的插入语句中，我们没有指定 user_id 的值，此时 MySQL 会自动为该字段生成一个递增序列值。AUTO_INCREMENT 字段的值默认从 1 开始，每次递增也是 1。

如果插入数据时为自增字段指定了 NULL 值或者 0，MySQL 同样会自动生成一个序列值。

insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u3', 'u3@test.com');
insert into users(user_id, user_name, email) values (0, 'u4', 'u4@test.com');


select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|
      3|u3       |u3@test.com|
      4|u4       |u4@test.com|

如果插入数据时为自增字段指定了非空也非 0 的值，MySQL 会使用我们提供的值；而且还会将自增序列的起始值值设置为该值，可能导致自增字段值的跳跃。

insert into users(user_id, user_name, email) values (100, 'u5', 'u5@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u6', 'u6@test.com');


select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|
      3|u3       |u3@test.com|
      4|u4       |u4@test.com|
    100|u5       |u5@test.com|
    101|u6       |u6@test.com|

上面的第一个插入语句为 user_id 提供了值 100，第二个插入语句使用系统提供的自增序列值，此时跳跃到了 101。

MySQL 提供了 LAST_INSERT_ID 函数，用于获取最后一次生成的序列值。

另外，MySQL 也可以使用`ALTER TABLE`语句设置自增序列的值：

ALTER TABLE users AUTO_INCREMENT = 200;
insert into users(user_name, email) values ('u7', 'u7@test.com');


select * from users where user_name = 'u7';
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
    200|u7       |u7@test.com|

最后我们来看一个问题，当自增序列到达最大值之后怎么办。下面的语句演示了这种情况：

ALTER TABLE users AUTO_INCREMENT = 2147483647;
insert into users(user_name, email) values ('u8', 'u8@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u9', 'u9@test.com');
SQL Error [1062] [23000]: Duplicate entry '2147483647' for key 'users.PRIMARY'

先将 AUTO_INCREMENT 的值设置为 INT 类型的最大值；然后插入两条数据，第二个插入语句出现主键值重复，意味着自增字段到达最大值之后一直保持不变。

如果担心自增字段的值不够用，可以将 INT 类型改成 INT UNSIGNED，最大值可以到达 4294967295；还不够的话改成 BIGINT，最大值可以到达 9223372036854775807。

MySQL 中的 SERIAL 关键字是 BIGINT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT UNIQUE 的同义词。

Oracle

Oracle 数据库提供了两种创建自增字段的方法：

使用标识列（IDENTITY），需要使用 Oracle 12c 以上版本；
使用序列（SEQUENCE）。

标识列

Oracle 12c 提供创建 SQL 标准定义的标识列功能：

GENERATED [ ALWAYS | BY DEFAULT [ ON NULL ] ]
AS IDENTITY [ ( identity_options ) ]

其中，

GENERATED ALWAYS表示总是为标识列使用 Oracle 生成的值，如果用户指定该字段的值将会出错；
GENERATED BY DEFAULT表示如果用户没有提供值，使用 Oracle 生成的值；如果提供了值，使用用户提供的值；如果指定了 NULL 值将会出错；
GENERATED BY DEFAULT ON NULL表示如果用户没有提供值或者提供了 NULL 值，使用 Oracle 生成的值；否则使用用户提供的值。

Oracle 中的标识列实际上是一个内部创建序列对象，因此 identity_options 与序列的属性类似，主要包括：

START WITH n指定序列的初始值，默认为 1；
INCREMENT BY n指定序列的增量值，默认为 1；
MAXVALUE n和MINVALUE n指定序列的最大值和最小值，默认值为 9999999999999999999999999999 和 1；
CYCLE和NOCYCLE指定是否循环使用序列中的值，默认不循环使用；
CACHE n和NOCACHE指定是否缓存序列值，缓存可以提高性能。默认缓存 20 个。

以下语句创建了一个表 users，其中 user_id 是一个自增主键字段：

create table users(
  user_id NUMBER GENERATED BY DEFAULT AS IDENTITY INCREMENT BY 10 START WITH 100 PRIMARY KEY,
  user_name VARCHAR2(50) NOT NULL,
  email VARCHAR2(100)
);

其中，INCREMENT BY 10 表示每次增量为 10；START WITH 100 表示序列值从 100 开始。

我们测试一下数据插入：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');


select * from users;
USER_ID|USER_NAME|EMAIL      |
-------|---------|-----------|
    100|u1       |u1@test.com|
    110|u2       |u2@test.com|

我们没有使用`GENERATED BY DEFAULT ON NULL`选项，如果插入 NULL 值将会出错：

insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u3', 'u3@test.com');
SQL Error [1400] [23000]: ORA-01400: cannot insert NULL into ("TONY"."USERS"."USER_ID")

不过，我们可以为 user_id 指定非空的值：

insert into users(user_id, user_name, email) values (0, 'u4', 'u4@test.com');


select * from users;
USER_ID|USER_NAME|EMAIL      |
-------|---------|-----------|
    100|u1       |u1@test.com|
    110|u2       |u2@test.com|
      0|u4       |u4@test.com|

Oracle 标识列需要遵循以下限制：

每个表只能有一个标识列；
标识列的数据类型必须是数字类型，不能使用自定义类型；
CREATE TABLE AS SELECT语句不会继承标识列；
标识列不能指定 DEFAULT 约束。

序列

序列（Sequence）是数据库中的一种对象，用于生成一系列递增或递减的数字。序列使用CREATE SEQUENCE语句创建：

CREATE SEQUENCE seq_users;

以上语句使用默认选项创建了一个序列 seq_users，等价于下面的语句：

CREATE SEQUENCE seq_users
  START WITH 1
  INCREMENT BY 1
  NOMAXVALUE
  NOMINVALUE
  CACHE 20
  NOCYCLE;

Oracle 序列的数据类型为 NUMBER，包含一个最小值，一个最大值，一个起始值，一个增量值，缓存选项以及一个循环使用选项。这些参数的作用可以参考上面的标识列。

创建之后，我们可以使用 NEXTVAL 和 CURRVAL 伪列获取序列的值：

SELECT seq_users.nextval FROM dual;
NEXTVAL|
-------|
      1|


SELECT seq_users.currval FROM dual;
CURRVAL|
-------|
      1|

NEXTVAL 用于从序列中获取下一个值，CURRVAL 返回了当前会话最后一次获取的序列值。

利用序列，我们可以为表中的字段生成不重复的数值：

create table users(
  user_id NUMBER PRIMARY KEY,
  user_name VARCHAR2(50) NOT NULL,
  email VARCHAR2(100)
);


insert into users(user_id, user_name, email) values (seq_users.nextval, 'u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_id, user_name, email) values (seq_users.nextval, 'u2', 'u2@test.com');


select * from users;
USER_ID|USER_NAME|EMAIL      |
-------|---------|-----------|
      2|u1       |u1@test.com|
      3|u2       |u2@test.com|

在上面的示例中，我们手动为 user_id 字段指定了 seq_users.nextval 值。如果想要实现自增字段的效果，可以利用触发器实现：

CREATE OR REPLACE TRIGGER tri_user_insert
  BEFORE INSERT ON users
  FOR EACH ROW
DECLARE
BEGIN
  IF (:NEW.user_id IS NULL) THEN
   SELECT seq_users.nextval INTO :NEW.user_id FROM dual;
  END IF;
END;

该触发器在插入数据之前判断 user_id 是否为空，如果为空就生成一个新的序列号。我们再插入一些数据：

insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u3', 'u3@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u4', 'u4@test.com');




select * from users;
USER_ID|USER_NAME|EMAIL      |
-------|---------|-----------|
      2|u1       |u1@test.com|
      3|u2       |u2@test.com|
      4|u3       |u3@test.com|
      5|u4       |u4@test.com|

上面两个插入语句都没有为 user_id 提供数据，而是由触发器自动生成一个数字编号。

另一个更简单的方式就是将字段的默认值设置为序列的值：

create table users(
  user_id NUMBER DEFAULT seq_users.nextval PRIMARY KEY,
  user_name VARCHAR2(50) NOT NULL,
  email VARCHAR2(100)
);

实际上，Oracle 中的标识列就是采用这种方法实现的，只不过增加了一些额外的限制而已。

Oracle 提供了ALTER SEQUENCE语句，可以修改序列的属性：

ALTER SEQUENCE seq_users
  INCREMENT BY 2
  MAXVALUE 10000
  CYCLE;

以上语句将序列 seq_users 的增量修改为 2，最大值修改为 10000，并且再到达最大值之后再次从最小值开始循环。不过，Oracle 序列不能修改起始值（START WITH），只能使用DROP SEQUENCE seq_name;语句删除序列再重建创建。

SQL Server

Microsoft SQL Server 提供了两种创建自增字段的方法：

使用标识列（IDENTITY）；
使用序列（SEQUENCE）。

标识列

SQL Server 支持为字段指定 IDENTITY(start, increment) 属性的方法定义一个标识列，start 表示序列的起始值，increment 表示每次的增量值。例如：

create table users(
  user_id int identity primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);

其中，user_id 是一个 INTEGER 类型的标识列；系统生成的序列值默认从 1 开始，每次递增也是 1。SQL Server 中每个表只能定义一个标识列。

我们插入一些测试数据：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');


select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|

以上语句通过标识列自动生成了两个用户编号。我们可以利用获取最后一次插入的标识列的值：

select @@identity;

需要注意的是，不能为标识列指定 NULL 值；默认也不能为标识列手动指定值。

insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u3', 'u3@test.com');
SQL Error [339] [S0001]: DEFAULT or NULL are not allowed as explicit identity values.


insert into users(user_id, user_name, email) values (0, 'u4', 'u4@test.com');
SQL Error [544] [S0001]: Cannot insert explicit value for identity column in table 'users' when IDENTITY_INSERT is set to OFF.

第一个语句为 user_id 指定了 NULL 值；第二个语句的错误在于为 user_id 指定了明确的值，不过可以通过设置表的 IDENTITY_INSERT 属性修改默认行为。

序列

SQL Server 提供了和 Oracle 类似的序列对象，用于生成一个递增或递减的数字序列。创建序列的完整语法如下：

CREATE SEQUENCE sequence_name  
    [ AS integer_type ]  
    [ START WITH <constant>]  
    [ INCREMENT BY <constant>]  
    [ { MINVALUE [ <constant>] } | { NO MINVALUE } ]  
    [ { MAXVALUE [ <constant>] } | { NO MAXVALUE } ]  
    [ CYCLE | { NO CYCLE } ]  
    [ { CACHE [ <constant>] } | { NO CACHE } ];

其中，

sequence_name 是序列名；
AS 定义了序列的类型。默认为 BIGINT，也可以是 TINYINT、SMALLINT、INT 或者不带小数位的 DECIMAL 和 NUMERIC；
START WITH 定义了序列的起始值，默认为 integer_type 类型的最小值；
INCREMENT BY 指定了序列的增量值，可以是负数，默认为 1；
MINVALUE 和 MAXVALUE 分别定义序列的最小值和最大值，默认为 integer_type 类型的最小值和最大值；
CYCLE 表示循环使用序列的值，默认为 NO CYCLE；
CACHE 表示缓存的序列值个数，可以提高访问性能。默认不缓存。

以下语句使用默认值创建一个序列 seq_users：

create sequence seq_users;

使用 NEXT VALUE FOR 函数获取一个序列的值：

select next value for seq_users;
                    |
--------------------|
-9223372036854775808|

返回的是 INTEGR 类型的最小值。

我们可以将字段的默认值设置为序列的 NEXT VALUE FOR 函数值，实现自增效果：

create table users(
  user_id bigint default next value for seq_users primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);


insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');


select * from users;
user_id             |user_name|email      |
--------------------|---------|-----------|
-9223372036854775806|u1       |u1@test.com|
-9223372036854775805|u2       |u2@test.com|

ALTER SEQUENCE语句可以修改序列的属性，参数与CREATE SEQUENCE类似，除了 integer_type 之外的参数都可以修改。例如：

alter sequence seq_users restart with 1;


insert into users(user_name, email) values ('u3', 'u3@test.com');


select * from users;
user_id             |user_name|email      |
--------------------|---------|-----------|
-9223372036854775807|u1       |u1@test.com|
-9223372036854775806|u2       |u2@test.com|
                   1|u3       |u3@test.com|

PostgreSQL

PostgreSQL 提供了多种方法实现自增字段，包括：

标识列（IDENTITY），PostgreSQL 10 以及更高版本；
序列（SEQUENCE）；
SERIAL。

标识列

PostgreSQL 实现了 SQL 标准中的标识列，语法与 Oracle 几乎相同：

column_name data_type GENERATED { ALWAYS | BY DEFAULT } AS IDENTITY[ ( sequence_option ) ]

其中，

data_type 可以是 SMALLINT、INT或者 BIGINT 等整数类型；
GENERATED ALWAYS表示总是使用 PostgreSQL 生成的值，如果用户指定该字段的值将会出错，除非指定了 OVERRIDING SYSTEM VALUE 选项；
GENERATED BY DEFAULT表示如果用户没有提供值，使用 PostgreSQL 生成的值；如果提供了值，使用用户的值；
sequence_option 用于指定序列对象的选项。PostgreSQL 标识列实际上使用一个内部的序列对象来实现，具体选项参考下文中的序列。

以下语句创建了一个表 users，其中 user_id 是一个标识列：

create table users(
  user_id int generated always as identity primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);

此时，PostgreSQL 自动创建了一个序列对象 users_user_id_seq。我们测试一下数据插入：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');




select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|

标识列默认从 1 开始，每次递增也是 1。

如果我们为 user_id 指定明确的值：

insert into users(user_id, user_name, email) values (3, 'u3', 'u3@test.com');
SQL Error [428C9]: ERROR: cannot insert into column "user_id"
  Detail: Column "user_id" is an identity column defined as GENERATED ALWAYS.
  Hint: Use OVERRIDING SYSTEM VALUE to override.

该语句执行错误，不过我们可以使用`INSERT`语句的 OVERRIDING SYSTEM VALUE 选项覆盖系统提供的值。

序列

与 Oracle 和 SQL Server 类似，PostgreSQL 也实现了 SQL 标准中的序列对象。创建序列的语法如下：

CREATE SEQUENCE [ IF NOT EXISTS ] name
    [ AS data_type ]
    [ INCREMENT [ BY ] increment ]
    [ MINVALUE minvalue | NO MINVALUE ] [ MAXVALUE maxvalue | NO MAXVALUE ]
    [ START [ WITH ] start ] 
    [ CACHE cache ] 
    [ [ NO ] CYCLE ]
    [ OWNED BY { table_name.column_name | NONE } ]

其中，

name 是序列名；
AS 定义了序列的类型。默认为 BIGINT，也可以是 SMALLINT或者 INTEGER；
INCREMENT BY 指定了序列的增量值，可以是负数，默认为 1；
MINVALUE 和 MAXVALUE 分别定义序列的最小值和最大值，默认为 integer_type 类型的最小值和最大值；
START WITH 定义了序列的起始值，默认为 integer_type 类型的最小值；
CACHE 表示缓存的序列值个数，可以提高访问性能。默认不缓存；
CYCLE 表示循环使用序列的值，默认为 NO CYCLE；
OWNED BY 用于将序列与指定表的字段关联，此时删除该字段会级联删除序列；默认为 NONE。

以下语句使用默认值创建一个序列 seq_users：

create sequence seq_users;

该语句创建了一个从 1 开始，增量为 1，最小值为 1，最大值为 9,223,372,036,854,775,807 的非循环序列。

PostgreSQL 使用 nextval 和 currval 函数获取一个序列的值：

select nextval('seq_users');
nextval|
-------|
      1|




select currval('seq_users');
currval|
-------|
      1|

我们可以将字段的默认值设置为序列的 nextval 函数值，实现自增效果：

create table users(
  user_id bigint default nextval('seq_users') primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);




insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');




select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      2|u1       |u1@test.com|
      3|u2       |u2@test.com|

ALTER SEQUENCE语句可以修改序列的属性，参数与CREATE SEQUENCE类似。例如：

alter sequence seq_users restart with 100;




insert into users(user_name, email) values ('u3', 'u3@test.com');




select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      2|u1       |u1@test.com|
      3|u2       |u2@test.com|
    100|u3       |u3@test.com|

除此之外，使用 setval 函数也可以修改序列的值。

SERIAL

SERIAL 与 PostgreSQL 标识列类似，实际上是一个内部的序列对象。例如：

create table users(
  user_id serial primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);

等价于：

CREATE SEQUENCE users_user_id_seq AS integer;
create table users(
  user_id integer NOT NULL DEFAULT nextval('users_user_id_seq') primary key,
  user_name varchar(50) not null,
  email varchar(100)
);
ALTER SEQUENCE users_user_id_seq OWNED BY users.user_id;

PostgreSQL 首先创建一个序列对象，并且将该序列的 nextval 值设置为字段 user_id 的默认值；然后为 user_id 字段设置 NOT NULL 约束；最后将该序列的属主设置为 user_id 字段，因此删除该字段会级联删除序列对象。

然后插入一些测试数据：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u2', 'u2@test.com');




select * from users;
user_id|user_name|email      |
-------|---------|-----------|
      1|u1       |u1@test.com|
      2|u2       |u2@test.com|

除了 serial 之外，PostgreSQL 还提供了 smallserial 和 bigserial，分别对应 smallint 和 bigint 数据类型。

SQLite

简单来说，在 SQLite 中不推荐使用 AUTOINCREMENT 字段。因为 SQLite 实现了一个隐式的自增字段 ROWID，很少有必要再显式指定自增字段。

ROWID

默认情况下，CREATE TABLE语句创建的表中包含一个隐式的自增字段 rowid；它是一个 64 位的有符号整数，用于唯一标识每一行数据。

首先，创建一个 users 表：

create table users(
  user_name text not null,
  email text 
);

然后插入一些数据：

insert into users values ('u1', 'u1@test.com'), ('u2', 'u2@test.com');


select rowid, user_name, email
from users;
rowid|user_name|email      |
-----|---------|-----------|
    1|u1       |u1@test.com|
    2|u2       |u2@test.com|

从上面的查询结果可以看出，users 表包含了一个 rowid 字段，并且自动插入了从 1 开始递增的数字。

SQLite 中的 _rowid_ 和 oid 都是 rowid 的同义词。

如果在创建表时指定了 INTEGER 类型的主键字段，该字段实际上就是 rowid 的同义词。例如：

drop table users;


create table users(
  user_id integer primary key,
  user_name text not null,
  email text 
);

其中，user_id 是 INTGER 类型的主键。此时我们插入一些数据：

insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u2', 'u2@test.com');


select rowid, user_id, user_name, email
from users;
user_id|user_id|user_name|email      |
-------|-------|---------|-----------|
      1|      1|u1       |u1@test.com|
      2|      2|u2       |u2@test.com|

第一个插入语句没有指定 user_id 的值，第二个语句为 user_id 指定了 NULL 值；这两种情况下，SQLite 都会基于表中最大的 rowid 值生成一个递增数字。

rowid 最大的值为 9223372036854775807‬；到达最大值之后，SQLite 会尝试复用已经被删除的数字；如果没有找到，将会提示 SQLITE_FULL 错误。

insert into users(user_id, user_name, email) values (9223372036854775807, 'u3', 'u3@test.com');
insert into users(user_name, email) values ('u4', 'u4@test.com');


select user_id, user_name, email
from users;
user_id            |user_name|email      |
-------------------|---------|-----------|
                  1|u1       |u1@test.com|
                  2|u2       |u2@test.com|
4461153425269426579|u4       |u4@test.com|
9223372036854775807|u3       |u3@test.com|

最后一个插入语句生成了一个未占用的数字作为 user_id 的值。

AUTOINCREMENT

SQLite 不推荐使用 AUTOINCREMENT 字段，因为大部分情况下都不需要，而且这种字段会消耗更多的 CPU、内存、磁盘以及 I/O。

AUTOINCREMENT 字段与系统 rowid 字段的唯一区别在于：AUTOINCREMENT 字段到达最大值之后不会重复生成未占用的数字，而是直接报错。例如：

drop table users;


create table users(
  user_id integer primary key autoincrement,
  user_name text not null,
  email text 
);


insert into users(user_name, email) values ('u1', 'u1@test.com');
insert into users(user_id, user_name, email) values (null, 'u2', 'u2@test.com');


select rowid, user_id, user_name, email
from users;
user_id|user_id|user_name|email      |
-------|-------|---------|-----------|
      1|      1|u1       |u1@test.com|
      2|      2|u2       |u2@test.com|

其中，user_id 字段是自增主键。我们来看一下自增字段到达最大值之后的情况：

insert into users(user_id, user_name, email) values (9223372036854775807, 'u3', 'u3@test.com');


insert into users(user_name, email) values ('u4', 'u4@test.com');
SQL Error [13]: [SQLITE_FULL]  Insertion failed because database is full (database or disk is full)

最后一个插入语句执行失败，提示数据库或者磁盘已满。