分布式ID生成器

0.背景

公司产品线最初为了快速上线、快速迭代，所使用的ID采用把JDK原生的32位(去掉四个-)或者36位的原始UUID(Universally Unique Identifier)缩短为19位，且不丢失精度的方式。

例如：E3MGMM6SQwsaZqHfcIs

但是UUID太长而且人类不可读（由大写、小写、数字随机组成），且对数据库性能有一定的影响（短且数字递增的最优），所以希望开发出一种全局唯一性、高性能、纯数字、较短、趋势递增的分布式ID生成器。

1.需求/设计

• ID不重复、全局唯一
• 长度简短：长度尽量保持短（最好在10位以内），方便用户转述、记录、投诉
• 能通过ID区分业务类型，例如A开头的表示国内机票
• 推荐使用纯数字
• 性能要高
• 适应分布式环境
• 趋势递增

业界常用的ID如下所示：（作为参考）

暂定参考设计为：

2.UUID

2.1概念

UUID 含义是通用唯一识别码 (Universally Unique Identifier)，这是一个软件建构的标准。
也是被开源软件基金会 (Open Software Foundation, OSF) 的组织应用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，都能有唯一的辨识资讯，而不需要透过中央控制端来做辨识资讯的指定。

UUID保证对在同一时空中的所有机器都是唯一的。通常平台会提供生成的API。
按照开放软件基金会(OSF)制定的标准计算，用到了以太网卡地址、纳秒级时间、芯片ID码和许多可能的数字

2.2优缺点

• 优点：
  UUID的好处是生成和使用简单、性能好、本地生成、没有高可用风险、而且在全球范围内任意分布式系统中都不会重复，不用考虑数据库主键的冲突等。
• 缺点：
  缺陷在于生成的结果串会比较长；由大写、小写、数字随机组成，人类完全不可读，不可记；在进行ID转述过程中特别容易出错；查询效率低，数据库的主键若使用数字的性能要高于字符串。

2.3一个生成19位UUID的算法

JDK自带的UUID类中toString方法其实是把128位字节转换为16进制数值，若使用62进制，既0-9a-zA-Z，这样就能缩短UUID到19位。为此，专门编写了一个UUID字符串生成法。
详见：超短的19位UUID，性能几乎翻倍提升

3.数据库自增ID

使用数据库的id自增策略，如 MySQL 的 auto_increment。并且可以使用两台数据库分别设置不同步长，生成不重复ID的策略来实现高可用。
能够保证严格有序，但是有严重的性能瓶颈。项目组最早就是使用这种方式，性能低下、吃了不少苦头。

为了解决性能低的问题，可以采用批量生成ID的方式缓解。
主要思想为：一次按需批量生成多个ID，每次生成都需要访问数据库，将数据库修改为最大的ID值，并在内存中记录当前值及最大值。

4.类snowflake方案

• 1bit:一般是符号位，不做处理
• 41bit:用来记录时间戳，这里可以记录69年，如果设置好起始时间比如今年是2018年，那么可以用到2089年，到时候怎么办？要是这个系统能用69年，我相信这个系统早都重构了好多次了。
• 10bit:10bit用来记录机器ID，总共可以记录1024台机器，一般用前5位代表数据中心，后面5位是某个数据中心的机器ID
• 12bit:循环位，用来对同一个毫秒之内产生不同的ID，12位可以最多记录4095个，也就是在同一个机器同一毫秒最多记录4095个，多余的需要进行等待下毫秒。

优点：
毫秒数在高位，自增序列在低位，整个ID都是趋势递增的。
生成ID的性能也是非常高的。
可以根据自身业务特性分配bit位，非常灵活。

缺点：
强依赖机器时钟，如果机器上时钟回拨，会导致发号重复或者服务会处于不可用状态。
上面只是方案和思路，需要落地实现

详见：ID 生成器 雪花算法

5.Leaf——美团点评分布式ID生成系统

Leaf是美团开源的分布式ID生成器，能保证全局唯一性、趋势递增、单调递增、信息安全，里面也提到了几种分布式方案的对比，但也需要依赖关系数据库、Zookeeper等中间件。
详见：Leaf——美团点评分布式ID生成系统

6.百度UidGenerator(项目中最终使用该方案)

UidGenerator是Java实现的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器。
UidGenerator通过借用未来时间来解决sequence天然存在的并发限制; 采用RingBuffer来缓存已生成的UID, 并行化UID的生产和消费, 同时对CacheLine补齐，避免了由RingBuffer带来的硬件级「伪共享」问题. 最终单机QPS可达600万
依赖版本：Java8及以上版本, MySQL(内置WorkerID分配器, 启动阶段通过DB进行分配; 如自定义实现, 则DB非必选依赖）
详见：baidu/uid-generator

7. Redis生成ID

Redis的所有命令操作都是单线程的，本身提供像 incr 和 increby 这样的自增原子命令，所以能保证生成的 ID 肯定是唯一有序的
类似数据库自增ID，性能优于数组库自增

8.参考文献

• 全局唯一ID设计
• 分布式唯一ID的几种生成方案
• 分布式ID生成器 | 架构师之路
• Leaf——美团点评分布式ID生成系统
• baidu/uid-generator
• 百度开源分布式id生成器uid-generator源码剖析
• uid-generator-spring-boot-starter