如何在PostgreSQL正确的使用UUID 作为主键

UUID 经常用作数据库表主键。它们易于生成，易于在分布式系统之间共享并保证唯一性。

考虑到 UUID 的大小，这是否是一个正确的选择值得怀疑，但通常这不是由我们决定的。

本文的重点不是“UUID 是否是主键的正确格式”，而是如何有效地使用 UUID 作为 PostgreSQL 的主键。

Postgres 数据的UUID类型

UUID 可以被视为一个字符串，并且可能很容易将它们存储为字符串。 Postgres 具有用于存储字符串的灵活数据类型： text ，并且通常用作存储 UUID 值的主键。

它是正确的数据类型吗？当然不是。

Postgres 有一个专用于 UUID 的数据类型： uuid 。 UUID 是 128 位数据类型，因此存储单个值需要 16 个字节。 text 数据类型有 1 或 4 个字节的开销加上存储实际的字符串。

这些差异在小表中并不那么重要，但一旦开始存储数十万或数百万行，就会成为问题。

我进行了一个实验，看看实践中有何不同。有两个表只有一列 - id 作为主键。第一个表使用 text ，第二个表使用 uuid ：

create table bank_transfer(id text primary key
);create table bank_transfer_uuid(id uuid primary key
);

我没有指定主键索引的类型，因此 Postgres 使用默认的 B 树。

然后我使用 Spring 的 JdbcTemplate 中的 batchUpdate 向每个表插入 10 000 000 行：

jdbcTemplate.batchUpdate("insert into bank_transfer (id) values (?)",new BatchPreparedStatementSetter() {@Overridepublic void setValues(PreparedStatement ps, int i) throws SQLException {ps.setString(1, UUID.randomUUID().toString());}@Overridepublic int getBatchSize() {return 10_000_000;}
});

jdbcTemplate.batchUpdate("insert into bank_transfer_uuid (id) values (?)",new BatchPreparedStatementSetter() {@Overridepublic void setValues(PreparedStatement ps, int i) throws SQLException {ps.setObject(1, UUID.randomUUID());}@Overridepublic int getBatchSize() {return 10_000_000;}});

查询表大小和索引大小：

select relname as "table", indexrelname as "index",pg_size_pretty(pg_relation_size(relid)) "table size",pg_size_pretty(pg_relation_size(indexrelid)) "index size"
from pg_stat_all_indexes
where relname not like 'pg%';

+------------------+-----------------------+----------+----------+
|table             |index                  |table size|index size|
+------------------+-----------------------+----------+----------+
|bank_transfer_uuid|bank_transfer_uuid_pkey|422 MB    |394 MB    |
|bank_transfer     |bank_transfer_pkey     |651 MB    |730 MB    |
+------------------+-----------------------+----------+----------+

使用 text 的表增大了 54%，索引大小增大了 85%。这也反映在 Postgres 用于存储这些表和索引的页数上：

select relname, relpages from pg_class 
where relname like 'bank_transfer%';

+-----------------------+--------+
|relname                |relpages|
+-----------------------+--------+
|bank_transfer          |83334   |
|bank_transfer_pkey     |85498   |
|bank_transfer_uuid     |54055   |
|bank_transfer_uuid_pkey|50463   |
+-----------------------+--------+

更大的表、索引和更多的表意味着 Postgres 必须执行插入新行和获取行的工作 - 特别是当索引大小大于可用 RAM 内存时，Postgres 必须从磁盘加载索引。

UUID 和 B 树索引

随机 UUID 不太适合 B 树索引 - 并且 B 树索引是主键唯一可用的索引类型。

B 树索引最适合处理有序值 - 例如自动递增列或时间排序列。

UUID - 尽管看起来总是相似 - 有多种变体。 Java 的 UUID.randomUUID() - 返回 UUID v4 - 这是一个伪随机值。对我们来说，更有趣的是 UUID v7 - 它生成按时间排序的值。这意味着每生成一个新的UUID v7，它就有一个更大的值。这使得它非常适合 B 树索引。

要在 Java 中使用 UUID v7，我们需要一个第三方库，例如 java-uuid-generator：

<dependency><groupId>com.fasterxml.uuid</groupId><artifactId>java-uuid-generator</artifactId><version>5.0.0</version>
</dependency>

然后我们可以使用以下命令生成 UUID v7：

UUID uuid = Generators.timeBasedEpochGenerator().generate();
// 多次运行结果， 字符串长度为36
0190a48c-2ee3-7c50-b45c-d51fecb36a9a
0190a48c-8fce-7fd3-b141-1fb312f9096e
0190a48c-f36b-707d-9826-644fe72b7e02
0190a48d-e236-76b5-a03c-54f09fa27e9c

理论上，这应该可以提高执行 INSERT 语句的性能。

UUID v7 如何影响 INSERT 性能

我创建了另一个表，与 bank_transfer_uuid 完全相同，但它将仅存储使用上述库生成的 UUID v7：

create table bank_transfer_uuid_v7(id uuid primary key
);

然后，我运行 10 轮，向每个表插入 10000 行，并测量需要多长时间：

for (int i = 1; i <= 10; i++) {measure(() -> IntStream.rangeClosed(0, 10000).forEach(it -> {jdbcClient.sql("insert into bank_transfer (id) values (:id)").param("id", UUID.randomUUID().toString()).update();}));measure(() -> IntStream.rangeClosed(0, 10000).forEach(it -> {jdbcClient.sql("insert into bank_transfer_uuid (id) values (:id)").param("id", UUID.randomUUID()).update();}));measure(() -> IntStream.rangeClosed(0, 10000).forEach(it -> {jdbcClient.sql("insert into bank_transfer_uuid_v7 (id) values (:id)").param("id", Generators.timeBasedEpochGenerator().generate()).update();}));
}

结果看起来有点随机，在与常规 text 列和 uuid v4 的表的时间比较时：

+-------+-------+---------+
| text  | uuid  | uuid v7 |
+-------+-------+---------+
| 7428  | 8584  | 3398    |
| 5611  | 4966  | 3654    |
| 13849 | 10398 | 3771    |
| 6585  | 7624  | 3679    |
| 6131  | 5142  | 3861    |
| 6199  | 10336 | 3722    |
| 6764  | 6039  | 3644    |
| 9053  | 5515  | 3621    |
| 6134  | 5367  | 3706    |
| 11058 | 5551  | 3850    |
+-------+-------+---------+

但我们可以清楚地看到，插入 UUID v7 比插入常规 UUID v4 快约 2 倍。