jdk源码分析（八）——UUID

一.基础概念

UUID：Universally Unique Identifier，通用唯一识别码。是一种软件建构的标准，亦为开放软件基金会组织在分布式计算环境领域的一部分。UUID的目的，是让分布式系统中的所有元素，都能有唯一的辨识信息，而不需要通过中央控制端来做辨识信息的指定。

历史
UUID最初被应用在Apollo Network Computing System，随后被开放软件基金会(OSF)应用在分布式计算环境领域。
后来，IETF(国际互联网工程任务组)将UUID作为一种标准发布在RFC 4122。

格式
标准的UUID格式如下：
xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

除连字符-外，上面每个字符都是一个十六进制的数字，共有5个部分组成，第一部分8个，第二部分4个，第三部分4个，第四部分4个，第五部分12个，8-4-4-4-12，一共32个十六进制字符，因此一共是128位。

其中，M表示UUID的版本，N表示UUID的变体。

变体
为了能兼容过去的UUID，以及应对未来的变化，因此有了变体（Variants）这一概念。目前已知的变体有如下几种：
variant 0:N的格式为0xxx。为了向后兼容预留。
variant 1:10xx。当前正在使用的。
variant 2:11xx。为早期微软GUID预留。
variant 3:111x。为将来扩展预留。目前暂未使用。

因此，可以认为，目前正在使用的UUID都是variant1，取值是8,9,a,b中的一个。

版本
版本用于定义UUID的形成方法：
Version 1：基于时间和MAC地址。由于使用了MAC地址，因此能够确保唯一性，但是同时也暴露了MAC地址，私密性不够好。
Version 2：DCE安全的UUID。该版本在规范中并没有仔细说明，因此并没有具体的实现。
Version 3 ：基于名字空间(MD5)。用户指定一个名字空间和一个字符串，通过MD5散列，生成UUID。字符串本身需要是唯一的。
Version 4 ：基于随机数。虽然是基于随机数，但是重复的可能性可以忽略不计，因此该版本也是被经常使用的版本。
Version 5 : 基于名字空间(SHA1)。跟Version 3类似，但是散列函数编程了SHA1。

二.类定义

java sdk中提供了UUID的Version 3和Version 4的具体实现。我们来看一下具体的类定义：

public final class UUID 
implements java.io.Serializable, Comparable

该类被定义为final的，说明不希望被继承。
类中定义了如下变量：

// 高64位
private final long mostSigBits;

// 低64位
private final long leastSigBits;

// 版本
private transient int version = -1;

// 变体
private transient int variant = -1;

// 时间戳，版本1专用
private transient volatile long timestamp = -1;

// 时钟频率，版本1专用
private transient int sequence = -1;

// mac地址，版本1专用
private transient long node = -1;

// hash值
private transient int hashCode = -1;

UUID是128位的，在Java的UUID中，是将这128分为高64位和低64位分别存储的。

三.核心方法

1.构造方法

共有两个构造方法：

// 通过字节数组来生成UUID，字节数组长度必须是16个字节
private UUID(byte[] data) {
    long msb = 0;
    long lsb = 0;
    assert data.length == 16;
    // 将前8个字节赋值到高64位
    for (int i=0; i<8; i++)
        msb = (msb << 8) | (data[i] & 0xff);
    // 将后8个字节赋值到低64位
    for (int i=8; i<16; i++)
        lsb = (lsb << 8) | (data[i] & 0xff);
    this.mostSigBits = msb;
    this.leastSigBits = lsb;
}

// 直接指定高64位和低64位的值
public UUID(long mostSigBits, long leastSigBits) {
    this.mostSigBits = mostSigBits;
    this.leastSigBits = leastSigBits;
}

2.randomUUID

该方法可以生成一个版本4的UUID。

// 生成版本4UUID
public static UUID randomUUID() {
    // 伪随机数生成器
    SecureRandom ng = Holder.numberGenerator;

    byte[] randomBytes = new byte[16];
    // 生成16个字节共128位的伪随机数
    ng.nextBytes(randomBytes);
    // 将带有版本号的那个字节与00001111进行按位与，表示版本号的4个bit将变成0000
    randomBytes[6]  &= 0x0f;  
    // 将带有版本号的字节与01000000进行按位或，表示版本号的4个bit将变成0100，说明是版本4
    randomBytes[6]  |= 0x40;  
    // 将带有变体的字节与00111111进行按位与，表示变体的4个bit将变成00xx
    randomBytes[8]  &= 0x3f;  /* clear variant        */
    // 将带有变体的字节与10000000进行按位或，表示变体的4个bit将变成10xx，说明是变体2
    randomBytes[8]  |= 0x80;  /* set to IETF variant  */
    return new UUID(randomBytes);
}

3.nameUUIDFromBytes

该方法将生成一个版本3的UUID。

public static UUID nameUUIDFromBytes(byte[] name) {
    // MessageDigest是信息摘要类，提供md5,sha1等算法。
    MessageDigest md;
    try {
        // 获取提供MD5算法的MessageDigest实例
        md = MessageDigest.getInstance("MD5");
    } catch (NoSuchAlgorithmException nsae) {
        throw new InternalError("MD5 not supported");
    }
    // 利用md5算法对结合name，生成md5值，md5和UUID都是16个字节
    byte[] md5Bytes = md.digest(name);
    // 以下操作类似于randomUUID，只是会将版本复制为3
    md5Bytes[6]  &= 0x0f;  
    md5Bytes[6]  |= 0x30;  
    md5Bytes[8]  &= 0x3f;  
    md5Bytes[8]  |= 0x80;  
    return new UUID(md5Bytes);
}

参考资料：

1.维基百科：Universally unique identifier
2.：关于UUID的二三事
3.How is an UUID / GUID made

本文已迁移至我的博客：http://ipenge.com/7413.html