黄泓毅1. 从一次并发报错说起：nextval() 到底安不安全
前阵子在帮一个团队做 PostgreSQL 高并发写入方案的评审，那位同学设计的逻辑很简单：业务端开启多个线程，每个线程在插入主表之前，先调用 nextval() 拿一个全局唯一 ID，再把 ID 传给子表做关联。看起来没什么毛病，但他现场抛出一个问题：“我们上生产之后，发现偶尔会有两个线程拿到同一个 ID，是不是 nextval() 不是线程安全的？”
我当时的反应是：先别急着给 nextval() 扣帽子，多半是自己的使用姿势出了问题。后来我让他把代码中事务隔离级别、连接池配置、以及是否在同一个事务边界内调用 nextval() 的时序图给我看，问题很快定位了。事实证明，nextval() 本身几乎不可能让两个会话拿到同一个值，它真正要命的地方在于：调用时机、事务回滚、序列缓存这三个外部因素，会让人误以为它“不安全”。
这篇博文，我就把 nextval() 的线程安全机制、底层实现原理、常见误用场景，以及多线程环境下的正确取号策略完整拆一遍。内容面向已经会用 PostgreSQL 但还没深挖过序列机制的开发者和 DBA，争取做到看完就能排查自己的问题。
标题说“解析”，那我就从最基础的 PostgreSQL 序列入手，一路延伸到真实的并发场景。全程没有空话，全是实测和代码，你可以照着复现。
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2. PostgreSQL 序列机制概述：nextval() 到底在操作什么
2.1 nextval() 的本质：一个数据库侧的原子计数器
在 PostgreSQL 里，序列（SEQUENCE）是一个特殊的数据库对象。它不存业务数据，只做一件事：生成严格递增的整数。你通过 CREATE SEQUENCE 创建一个序列后，每次调用 nextval('seq_name')，PostgreSQL 就会返回序列的当前值，然后把序列的内部状态往后推一格。
关键点来了：这个“取当前值 + 推进状态”的动作，在 PostgreSQL 内部是原子的。原子性是什么意思？就是在任意一个时刻，无论有多少个会话、多少个线程同时执行 nextval()，数据库都会保证每一个调用拿到的值都是唯一的，并且不会有两笔调用拿到同一个值。
为了让你理解得更直观，我打一个比方：假设你开了一家面馆，门口放着一个取号机。取号机内部有一个数字，每吐一张号它就加 1。取号机的设计保证，任何人按下按钮，拿到的票号都一定比之前所有票号大，而且两台取号机之间不会互相干扰。PostgreSQL 的序列就是这样一个高度可靠的“取号机”，nextval() 就是那个按钮。
2.2 为什么说“线程安全”这个词放在这里容易让人误解
很多从 Java、C++ 转过来的同学一听到“线程安全”，脑子里出现的画面是：多个线程同时调用同一个函数，函数内部有共享变量，需要通过加锁或者原子类来保证数据不冲突。
但 nextval() 不是应用进程内的一个静态方法，它是数据库服务器上的一个 SQL 函数。每个连接通过 libpq 或 JDBC 驱动把 nextval() 请求发给 PostgreSQL 服务器，由数据库进程来完成序列状态的读取和更新。所以，真正需要保证并发安全的地方，在 PostgreSQL 内部，而不在你的业务代码里。
换句话说：只要 PostgreSQL 服务器没有 bug，nextval() 在多线程环境下的唯一性是有数据库底层保证的。你的 Java 线程池、Python 的 gevent、Go 的 goroutine，在它们调用 nextval() 的那一刻，全部被收敛到了数据库服务器这一个点上，由服务器的锁机制串行化处理。
搞清楚这个定位之后，你再回头看团队里“两个线程拿到同一个 ID”的问题，就要重新思考了：到底数据库返回了重复值，还是你的应用逻辑在中间环节做了不该做的处理？下文我会给到一个极容易踩的坑：事务回滚。
2.3 序列的底层存储：一张只有一行数据的系统表
PostgreSQL 的序列虽然在 SQL 层用起来像一个函数，但内部实现其实很有意思。每个序列都对应一张底层表，表里存了序列的当前值、步长、最小值、最大值、缓存大小、是否循环等元数据。
每次调用 nextval()，PostgreSQL 会在系统表面加上一把行级锁，然后读取记录的 last_value 字段，加上步长，再把新值写回去，最后释放锁。注意，为了性能考虑，PostgreSQL 对这种“只读一行、高频更新”的场景做了大量优化，包括使用更轻量级的锁策略和缓存机制。这也是为什么高并发下频繁调用 nextval() 虽然会产生锁竞争，但依然比很多人想象中要快的原因。
需要特别注意的一点：PostgreSQL 序列本身不参与事务的回滚机制。也就是说，如果你在一个事务里调用了 nextval()，之后事务回滚了，那这个序列的值也已经消耗掉了，不会因为你的事务回滚而把序列值“还回去”。这是理解“线程安全误解”最核心的一环，我放到后面单独展开。
3. 多线程并发取号实测：到底会不会拿到重复值
3.1 测试环境准备
先说明一下，以下测试我在 PostgreSQL 13、14、16 三个版本上都跑过，结论一致。环境是 CentOS 7 上的 PostgreSQL 16，连接池用的是自带的 psql 并发模拟，以及一段 Python 脚本做多线程压测。
sql复制DROP SEQUENCE IF EXISTS test_seq;
CREATE SEQUENCE test_seq START 1 INCREMENT 1;
-- 造一张表，用来记录每次拿到的序号
DROP TABLE IF EXISTS seq_log;
CREATE TABLE seq_log (
id bigint PRIMARY KEY,
thread_name t