使用sequential_uuid插件的前提条件及使用方法 - 云原生数据库 PolarDB

sequential_uuid插件可以生成两个具有顺序模式的UUID生成器，可以帮助您减少完全随机的UUID生成器所带来的随机I/O问题。

前提条件

支持的PolarDB PostgreSQL版的版本如下：

PostgreSQL 14（内核小版本14.5.1.0及以上）
PostgreSQL 11（内核小版本1.1.28及以上）

说明

您可通过如下语句查看PolarDB PostgreSQL版的内核小版本号：

PostgreSQL 14
```
SELECT version();
```
PostgreSQL 11
```
SHOW polar_version;
```

背景信息

常规的随机UUID生成器将在给定的范围内均匀取值，这意味着向索引插入数据时，其局部性较差，所有索引叶所在的页都有同样的概率被命中，从而导致整个索引会被强制放入内存中。当使用小索引不会存在这个问题，但一旦索引大小超过共享缓冲区（或者RAM）大小，缓存命中率就会迅速下降。

基于序列、时间戳的UUID与随机UUID相比，前者具有顺序模式，可以使新数据几乎总是在索引的最右侧插入（新的序列值大于所有先前的值，时间戳相同），从而有利于提升缓存命中率。

说明

具有顺序模式的UUID生成器增加了UUID的可预测性，且增大了发生跨机冲突的概率。
更多顺序UUID优势请参见Sequential UUID Generators。

sequential_uuid的主要目标是生成更具顺序性的UUID生成器，且不会过多地降低随机性（随机性降低可能会增加碰撞的概率以及UUID的可预测性）。

生成器设计

使UUID更具顺序性最简单的方法是使用一些顺序值作为前缀。例如，可以采用序列或时间戳并添加随机数据，直到UUID的随机性达到16 B。这种方法得到的UUID几乎是完全连续的，但这种方法存在以下两个问题：

随机性减少：如果使用了产生bigint值的序列，产生UUID的随机性将从16 B降低到8 B，时间戳也以类似的方式降低了随机性，具体取决于时间戳的精度。随机性的下降增加了碰撞概率和可预测性（比如，可以确定哪些UUID是彼此靠近生成的，甚至还可以推测出具体的时间戳）。
膨胀：如果数值持续增长，可能会导致删除历史数据后索引膨胀，例如，日志表中对时间戳的索引。

为了解决这两个问题，sequential_uuid生成的UUID生成器被设计为定期回环，回环将发生在生成一定数量的UUID之后，或者在一段时间之后。在这两种情况下，UUID都是以块为单位生成的，形式为(块 ID; 随机数据)。块ID的大小取决于块的数量，并且是固定的（取决于生成器参数）。例如，对于默认值64 KB的块数量，需要使用2个字节来存储块ID。块ID定期增加，最终会发生回环。

基于序列的UUID生成器可以使用带有256个UUID的块，计算两字节块ID：
```
(nextval('s') / 256) % 65536
```
说明
- 生成器每生成16 M（256*65536）个UUID会回环一次。
- 块大小由生成的UUID的数量决定。
基于时间戳的UUID生成器默认的块数量是64 KB（与基于序列的生成器相同），计算块ID：
```
(timestamp / 60) % 65536
```
说明
- 生成器约45天回环一次。
- 块大小被定义为间隔长度，默认值为60秒。

UUID生成函数

sequential_uuid提供了两个生成具有顺序模式的UUID生成器的函数。一个使用序列，一个使用时间戳。

函数uuid_sequence_nextval接收如下参数：
- 一个regclass类型的对象（序列）。
- 一个整数类型的块大小（默认值65536）。
- 一个整数类型的块数量（默认值65536）。
使用序列生成具有顺序模式的UUID生成器：
```
CREATE EXTENSION sequential_uuids;
CREATE SEQUENCE s;
SELECT uuid_sequence_nextval('s'::regclass, 256, 65536);
```
结果如下：
```
          uuid_sequence_nextval
--------------------------------------
 00005547-8a67-452d-bdf7-b390f1edc49b
(1 row)
```
函数uuid_time_nextval接收如下参数：
- 一个整数类型的时间间隔（默认值60）。
- 一个整数类型的块数量（默认值65536）。
使用时间戳生成具有顺序模式的UUID生成器：
```
CREATE EXTENSION sequential_uuids;
SELECT uuid_time_nextval(1, 256);
```
结果如下：
```
          uuid_time_nextval
--------------------------------------
 08dac705-8776-4ce3-a45c-123fd65e11e8
(1 row)
```

说明

上述参数的默认值适用于绝大部分场景。