小議SQL Server主鍵和自動編號問題
所謂主鍵就是能夠唯一標識表中某一行的屬性或屬性組，一個表只能有一個主鍵，但可以有多個候選索引。因為主鍵可以唯一標識某一行記錄，所以可以確保執行數據更新、刪除的時候不會出現張冠李戴的錯誤。
當然，其它字段可以輔助我們在執行這些操作時消除共享沖突，不過就不在這里討論了。主鍵除了上述作用外，常常與外鍵構成參照完整性約束，防止出現數據不一致。所以數據庫在設計時，主鍵起到了很重要的作用。
常見的數據庫主鍵選取方式有：
◆自動增長字段
◆手動增長字段
◆UniqueIdentifier
◆“COMB（Combine）”類型
一、自動增長型字段
很多數據庫設計者喜歡使用自動增長型字段，因為它使用簡單。自動增長型字段允許我們在向數據庫添加數據時，不考慮主鍵的取值，記錄插入后，數據庫系統會自動為其分配一個值，確保絕對不會出現重復。如果使用SQL Server數據庫的話，我們還可以在記錄插入后使用@@IDENTITY全局變量獲取系統分配的主鍵鍵值。
盡管自動增長型字段會省掉我們很多繁瑣的工作，但使用它也存在潛在的問題，那就是在數據緩沖模式下，很難預先填寫主鍵與外鍵的值。假設有兩張表：
Order(OrderID, OrderDate)
OrderDetial(OrderID, LineNum, ProductID, Price)
Order 表中的OrderID是自動增長型的字段。現在需要我們錄入一張訂單，包括在Order表中插入一條記錄以及在OrderDetail表中插入若干條記錄。因為Order表中的OrderID是自動增長型的字段，那么我們在記錄正式插入到數據庫之前無法事先得知它的取值，只有在更新后才能知道數據庫為它分配的是什么值。這會造成以下矛盾發生：
首先，為了能在 OrderDetail的OrderID字段中添入正確的值，必須先更新Order表以獲取到系統為其分配的OrderID值，然后再用這個 OrderID填充OrderDetail表。最后更新OderDetail表。但是，為了確保數據的一致性，Order與OrderDetail在更新時必須在事務保護下同時進行，即確保兩表同時更行成功。
聽棠.NET指出：主檔放在事務中提交時，通過@@IDENTITY 就可以取到生成值的，因此可以傳給明細當外鍵用，而且在事務發生錯誤回滾時，主檔記錄也會被回滾取消的。
呂震宇補充：使用自動增長字段會增加網絡的roundTrip。盡管可以使用@@IDENTITY取得主鍵的值，但在更新過程中，不得不增加一次數據往返（以C/S結構為例）：
1、客戶端發送開始事務命令
2、客戶端提交主表更新
3、服務器返回@@IDENTITY
4、客戶端根據返回的主鍵更新從表緩沖
5、客戶端將從表提交服務器更新
6、客戶端提交事務
在這里多了一次往返就會增加了事務處理的時間。降低并發性能。
如果不用自動增長型字段，將是以下情景：
1、客戶端發送開始事務命令
2、客戶端提交主表更新
3、客戶端提交從表更新
4、客戶端提交事務
因此我不贊成使用自動增長型字段作為主鍵與外鍵鏈接的紐帶。
除此之外，當我們需要在多個數據庫間進行數據的復制時（SQL Server的數據分發、訂閱機制允許我們進行庫間的數據復制操作），自動增長型字段可能造成數據合并時的主鍵沖突。設想一個數據庫中的Order表向另一個庫中的Order表復制數據庫時，OrderID到底該不該自動增長呢？
ADO.NET允許我們在 DataSet中將某一個字段設置為自動增長型字段，但千萬記住，這個自動增長字段僅僅是個占位符而已，當數據庫進行更新時，數據庫生成的值會自動取代 ADO.NET分配的值。所以為了防止用戶產生誤解，建議大家將ADO.NET中的自動增長初始值以及增量都設置成-1。此外，在ADO.NET中，我們可以為兩張表建立DataRelation，這樣存在級聯關系的兩張表更新時，一張表更新后另外一張表對應鍵的值也會自動發生變化，這會大大減少了我們對存在級聯關系的兩表間更新時自動增長型字段帶來的麻煩。
二、手動增長型字段
既然自動增長型字段會帶來如此的麻煩，我們不妨考慮使用手動增長型的字段，也就是說主鍵的值需要自己維護，通常情況下需要建立一張單獨的表存儲當前主鍵鍵值。還用上面的例子來說，這次我們新建一張表叫IntKey，包含兩個字段，KeyName以及KeyValue。就像一個HashTable，給一個 KeyName，就可以知道目前的KeyValue是什么，然后手工實現鍵值數據遞增。在SQL Server中可以編寫這樣一個存儲過程，讓取鍵值的過程自動進行。代碼如下：
CREATE PROCEDURE [GetKey] |
這樣，通過調用存儲過程，我們可以獲得最新鍵值，確保不會出現重復。若將OrderID字段設置為手動增長型字段，我們的程序可以由以下幾步來實現：首先調用存儲過程，獲得一個OrderID，然后使用這個OrderID填充Order表與OrderDetail表，最后在事務保護下對兩表進行更新。
使用手動增長型字段作為主鍵在進行數據庫間數據復制時，可以確保數據合并過程中不會出現鍵值沖突，只要我們為不同的數據庫分配不同的主鍵取值段就行了。但是，使用手動增長型字段會增加網絡的RoundTrip，我們必須通過增加一次數據庫訪問來獲取當前主鍵鍵值，這會增加網絡和數據庫的負載，當處于一個低速或斷開的網絡環境中時，這種做法會有很大的弊端。同時，手工維護主鍵還要考慮并發沖突等種種因素，這更會增加系統的復雜程度。
三、使用UniqueIdentifier
SQL Server為我們提供了UniqueIdentifier數據類型，并提供了一個生成函數NEWID( )，使用NEWID( )可以生成一個唯一的UniqueIdentifier。UniqueIdentifier在數據庫中占用16個字節，出現重復的概率非常小，以至于可以認為是0。我們經常從注冊表中看到類似{45F0EB02-0727-4F2E-AAB5-E8AEDEE0CEC5}的東西實際上就是一個UniqueIdentifier，Windows用它來做COM組件以及接口的標識，防止出現重復。在.NET里管UniqueIdentifier稱之為GUID（Global Unique Identifier）。在C#中可以使用如下命令生成一個GUID：
Guid u = System.Guid.NewGuid(); |
對于上面提到的Order與OrderDetail的程序，如果選用UniqueIdentifier作為主鍵的話，我們完全可以避免上面提到的增加網絡 RoundTrip的問題。通過程序直接生成GUID填充主鍵，不用考慮是否會出現重復。
UniqueIdentifier 字段也存在嚴重的缺陷：首先，它的長度是16字節，是整數的4倍長，會占用大量存儲空間。更為嚴重的是，UniqueIdentifier的生成毫無規律可言，要想在上面建立索引（絕大多數數據庫在主鍵上都有索引）是一個非常耗時的操作。有人做過實驗，插入同樣的數據量，使用 UniqueIdentifier型數據做主鍵要比使用Integer型數據慢，所以，出于效率考慮，盡可能避免使用UniqueIdentifier型數據庫作為主鍵鍵值。
四、使用“COMB（Combine）”類型
既然上面三種主鍵類型選取策略都存在各自的缺點，那么到底有沒有好的辦法加以解決呢？答案是肯定的。通過使用COMB類型（數據庫中沒有COMB類型，它是Jimmy Nilsson在他的“The Cost of GUIDs as Primary Keys”一文中設計出來的），可以在三者之間找到一個很好的平衡點。
COMB 數據類型的基本設計思路是這樣的：既然UniqueIdentifier數據因毫無規律可言造成索引效率低下，影響了系統的性能，那么我們能不能通過組合的方式，保留UniqueIdentifier的前10個字節，用后6個字節表示GUID生成的時間（DateTime），這樣我們將時間信息與 UniqueIdentifier組合起來，在保留UniqueIdentifier的唯一性的同時增加了有序性，以此來提高索引效率。也許有人會擔心 UniqueIdentifier減少到10字節會造成數據出現重復，其實不用擔心，后6字節的時間精度可以達到1/300秒，兩個COMB類型數據完全相同的可能性是在這1/300秒內生成的兩個GUID前10個字節完全相同，這幾乎是不可能的！在SQL Server中用SQL命令將這一思路實現出來便是：
DECLARE @aGuid UNIQUEIDENTIFIER |
經過測試，使用COMB做主鍵比使用INT做主鍵，在檢索、插入、更新、刪除等操作上仍然顯慢，但比Unidentifier類型要快上一些。關于測試數據可以參考我2004年7月21日的隨筆。
除了使用存儲過程實現COMB數據外，我們也可以使用C#生成COMB數據，這樣所有主鍵生成工作可以在客戶端完成。C#代碼如下：
//================================================================
/**////
/// 返回 GUID 用于數據庫操作，特定的時間代碼可以提高檢索效率
///
/// COMB (GUID 與時間混合型) 類型 GUID 數據
public static Guid NewComb()
{
byte[] guidArray = System.Guid.NewGuid().ToByteArray();
DateTime baseDate = new DateTime(1900,1,1);
DateTime now = DateTime.Now;
// Get the days and milliseconds which will be used to build the byte string
TimeSpan days = new TimeSpan(now.Ticks - baseDate.Ticks);
TimeSpan msecs = new TimeSpan(now.Ticks - (new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day).Ticks));// Convert to a byte array
// Note that SQL Server is accurate to 1/300th of a millisecond so we divide by 3.333333
byte[] daysArray = BitConverter.GetBytes(days.Days);
byte[] msecsArray = BitConverter.GetBytes((long)(msecs.TotalMilliseconds/3.333333));// Reverse the bytes to match SQL Servers ordering
Array.Reverse(daysArray);
Array.Reverse(msecsArray);// Copy the bytes into the guid
Array.Copy(daysArray, daysArray.Length - 2, guidArray, guidArray.Length - 6, 2);
Array.Copy(msecsArray, msecsArray.Length - 4, guidArray, guidArray.Length - 4, 4);return new System.Guid(guidArray);
}//================================================================
/**////
/// 從 SQL SERVER 返回的 GUID 中生成時間信息
///
///包含時間信息的 COMB
/// 時間
public static DateTime GetDateFromComb(System.Guid guid)
{
DateTime baseDate = new DateTime(1900,1,1);
byte[] daysArray = new byte[4];
byte[] msecsArray = new byte[4];
byte[] guidArray = guid.ToByteArray();// Copy the date parts of the guid to the respective byte arrays.
Array.Copy(guidArray, guidArray.Length - 6, daysArray, 2, 2);
Array.Copy(guidArray, guidArray.Length - 4, msecsArray, 0, 4);// Reverse the arrays to put them into the appropriate order
Array.Reverse(daysArray);
Array.Reverse(msecsArray);// Convert the bytes to ints
int days = BitConverter.ToInt32(daysArray, 0);
int msecs = BitConverter.ToInt32(msecsArray, 0);DateTime date = baseDate.AddDays(days);
date = date.AddMilliseconds(msecs * 3.333333);return date;
}
結語
數據庫主鍵在數據庫中占有重要地位。主鍵的選取策略決定了系統是否高效、易用。本文比較了四種主鍵選取策略的優缺點，并提供了相應的代碼解決方案，希望對大家有所幫助。
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