在分布式系统中,经常需要对大量的数据进行唯一标识。普通的数据库自增主键已经不能满足需求,
需要一个能够生成全局唯一ID的系统,这个系统需要满足以下需求:
全局唯一:不能出现重复ID。
高可用:ID生成系统是基础系统,被许多关键系统调用,一旦宕机,会造成严重影响。所以需要保证高可用。
在分布式系统中生成唯一ID的方案有很多,常见的方式有以下几种
数据库有一些自己的ID生成策略,如Mysql的自增ID,Oracle的SEQUENCE序列。单独使用一个数据库实例,在这个实例中新建一个单独的ID表。通过插入一条记录来让数据库生成ID。
优点
实现简单,成本小。
缺点
依赖数据库,存在单点问题,如果数据库宕机,则业务不可用。
数据库生成ID性能有限,单点数据库压力大,无法扛高并发场景。
适用场景
小规模的,数据访问量小的业务场景。
实现:
//创建一个ID表
CREATE TABLE Tickets64 (
id bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,
stub char(1) NOT NULL default '',
PRIMARY KEY (id),
UNIQUE KEY stub (stub)
)ENGINE=MyISAM;
#每次业务使用下列SQL插入数据库,生成ID,获取最新生成的ID
//插入数据,value为数据值,可以是任意一个字符
REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES (value);
//获取最后插入的ID值
SELECT LAST_INSERT_ID();
SELECT LAST_INSERT_ID():得到刚 insert 进去记录的主键值,只适用与自增主键;
集群数据库生成ID
解决数据库单点问题,我们可以用一个数据库集群来生成ID。
比如使用Mysql集群模式,用多个Mysql实例来生成ID,但这样有个问题就是如果Mysql的实例都是从1开始,那么就会有重复的id出现。
解决方法:
设置起始值和自增步长
例:
MySQL_1 配置:
set @@auto_increment_offset = 1; -- 起始值
set @@auto_increment_increment = 2; -- 步长
MySQL_2 配置:
set @@auto_increment_offset = 2; -- 起始值
set @@auto_increment_increment = 2; -- 步长
这样第一个实例生成的ID就是1,3,5。第二个实例生成的ID就是2,4,6
缺点
扩容比较困难,而且单个数据库本身的压力还是大,可能还是无法满足高并发。
UUID有着全球唯一的特性,其实UUID是满足分布式ID的要求的,也是最简单的方法。但是,并不被推荐。因为它有以下的缺点
优点
实现简单,易用。
本地生成,性能较好。
具备全球唯一的特性。
缺点
每次生成的ID都是无序的,而且不是全数字,且无法保证趋势递增。
UUID生成的是字符串,字符串存储性能差,查询效率慢。
UUID长度过长,不适用于存储,耗费数据库性能。
ID无一定业务含义,可读性差。
实现
//java中的使用:
String uuid = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-","");
当使用数据库来生成ID性能不够要求的时候,我们可以尝试使用Redis来生成ID。这主要依赖于Redis是单线程的,所以也可以用生成全局唯一的ID。可以用Redis的原子操作 INCR和INCRBY来实现递增。可以使用Redis集群来获取更高的吞吐量。
set seq_id 1 // 初始化自增ID为1
incr seq_id // 增加1,并返回
当然,你也可以根据业务来选择ID的生成策略。比如:时间戳+唯一标识+随机数,只要保证唯一即可。
优点:
不依赖于数据库,灵活方便,且性能优于数据库。
对于已经有Redis组件的系统,这是个不错的选择。
snowflake是twitter开源的分布式ID生成算法,是一种算法。
SnowFlake算法生成id的结果是一个64bit大小的整数,它的结构如下图:
1、第一个bit位是标识部分,在java中由于long的最高位是符号位,正数是0,负数是1,生成的id一般都是用整数,所以固定为0。
2、41bit-时间戳,用来记录时间戳,毫秒级。41位可以表示2{41}-1个数字,也就是说41位可以表示2{41}-1个毫秒的值,转化成单位年则是69年。一般是时间戳的差值(当前时间-固定的开始时间),而不是当前时间戳。
3、工作机器id占10bit,用来记录工作机器id。比如,可以使用前5位作为数据中心机房标识,后5位作为单机房机器标识,可以部署1024个节点。
4、12bit-序列号,序列号,用来记录同毫秒内产生的不同id。12位(bit)可以表示的最大正整数是2^{12}-1 = 4095,即支持同一毫秒内同一个节点可以生成4096个ID
根据这个算法,我们可以用代码实现一个ID生成工具。
下面是github上的一个雪花算法实现,大家可以参考参考
public class SnowFlake {
/**
* 起始的时间戳
*/
private final static long START_STMP = 1480166465631L;
/**
* 每一部分占用的位数
*/
private final static long SEQUENCE_BIT = 12; //序列号占用的位数
private final static long MACHINE_BIT = 5; //机器标识占用的位数
private final static long DATACENTER_BIT = 5;//数据中心占用的位数
/**
* 每一部分的最大值
*/
private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
/**
* 每一部分向左的位移
*/
private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;
private long datacenterId; //数据中心
private long machineId; //机器标识
private long sequence = 0L; //序列号
private long lastStmp = -1L;//上一次时间戳
public SnowFlake(long datacenterId, long machineId) {
if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
}
if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
}
this.datacenterId = datacenterId;
this.machineId = machineId;
}
/**
* 产生下一个ID
*
* @return
*/
public synchronized long nextId() {
long currStmp = getNewstmp();
if (currStmp < lastStmp) {
throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate id");
}
if (currStmp == lastStmp) {
//相同毫秒内,序列号自增
sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
//同一毫秒的序列数已经达到最大
if (sequence == 0L) {
currStmp = getNextMill();
}
} else {
//不同毫秒内,序列号置为0
sequence = 0L;
}
lastStmp = currStmp;
return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //时间戳部分
| datacenterId << DATACENTER_LEFT //数据中心部分
| machineId << MACHINE_LEFT //机器标识部分
| sequence; //序列号部分
}
private long getNextMill() {
long mill = getNewstmp();
while (mill <= lastStmp) {
mill = getNewstmp();
}
return mill;
}
private long getNewstmp() {
return System.currentTimeMillis();
}
public static void main(String[] args) {
SnowFlake snowFlake = new SnowFlake(2, 3);
for (int i = 0; i < (1 << 12); i++) {
System.out.println(snowFlake.nextId());
}
}
}
使用上面的工具类生成雪花id,只需要先传入两个Long类型的数值(一个machineId机器标识,一个datacenterId数据中心标识)
如:
public static String getSnowFlakeNo() {
return String.valueOf(new SnowFlake(2L, 6L).nextId());
}
美团的Leaf :https://github.com/Meituan-Dianping/Leaf
百度的uid-generator:https://github.com/baidu/uid-generator