分布式ID的解决方案

常见ID解决方案的对比

描述	优点	缺点	缺点
UUID	UUID是通用唯一标识码的缩写，其目的是上分布式系统中的所有元素都有唯一的辨识信息，而不需要通过中央控制器来指定唯一标识。	1. 降低全局节点的压力，使得主键生成速度更快；2. 生成的主键全局唯一；3. 跨服务器合并数据方便	1. UUID占用16个字符，空间占用较多；2. 不是递增有序的数字，数据写入IO随机性很大，且索引效率下降
数据库主键自增	MySQL数据库设置主键且主键自动增长	1. INT和BIGINT类型占用空间较小；2. 主键自动增长，IO写入连续性好；3. 数字类型查询速度优于字符串	1. 并发性能不高，受限于数据库性能；2. 分库分表，需要改造，复杂；3. 自增：数据量泄露
Redis自增	Redis计数器，原子性自增	使用内存，并发性能好	1. 数据丢失；2. 自增：数据量泄露
雪花算法（snowflake）	大名鼎鼎的雪花算法，分布式ID的经典解决方案	1. 不依赖外部组件；2. 性能好	1. 时钟回拨；2. 趋势递增不是绝对递增；3. 不能在一台服务器上部署多个分布式ID服务；

流行的分布式ID解决方案

雪花算法（snowflake）

雪花算法是由符号位+时间戳+工作机器id+序列号组成

解释

1. 符号位为0，0表示正数，ID为正数。
2. 时间戳位不用多说，用来存放时间戳，单位是ms。
3. 工作机器id位用来存放机器的id，通常分为5个区域位+5个服务器标识位。

Twitter 的 Snowflake算法 Java实现

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());
        }

    }
}

号段模式

号段模式可以理解为从数据库批量的获取自增ID，每次从数据库取出一个号段范围，例如 (1,1000] 代表1000个ID，具体的业务服务将本号段，生成1~1000的自增ID并加载到内存。表结构如下：

CREATE TABLE id_generator (
  id int(10) NOT NULL,
  max_id bigint(20) NOT NULL COMMENT '当前最大id',
  step int(20) NOT NULL COMMENT '号段的布长',
  biz_type    int(20) NOT NULL COMMENT '业务类型',
  version int(20) NOT NULL COMMENT '版本号',
  PRIMARY KEY (`id`)
) 

• biz_type ：代表不同业务类型
• max_id ：当前最大的可用id
• step ：代表号段的长度
• version ：是一个乐观锁，每次都更新version，保证并发时数据的正确性

等这批号段ID用完，再次向数据库申请新号段，对max_id字段做一次update操作，update max_id= max_id + step，update成功则说明新号段获取成功，新的号段范围是(max_id ,max_id +step]。

update id_generator set max_id = #{max_id+step}, version = version + 1 where version = # {version} and biz_type = XXX

由于多业务端可能同时操作，所以采用版本号version乐观锁方式更新，这种分布式ID生成方式不强依赖于数据库，不会频繁的访问数据库，对数据库的压力小很多。

其他解决方案

1. 滴滴出品（TinyID）Github地址：https://github.com/didi/tinyid
2. 百度 （Uidgenerator）GitHub地址：https://github.com/baidu/uid-...
3. 美团（Leaf）github地址：https://github.com/Meituan-Di...