[分布式id]：Leaf——美团点评分布式ID生成系统

摘要

摘要：分布式id；全局唯一性；Leaf-segment 算法；美团——Leaf；BTree；B+Tree

1 分布式id相关概念

1.1 为什么需要分布式id

为什么需要分布式id？

• ① 全局唯一性问题：在分布式环境中，存在多节点共同完成一个功能，这些节点会被放在不同物理机上，每个节点都运行一个或多个进程，当某一时刻出现，多个进程同时请求生成id情况，会出现id重复问题。
• ② 性能问题：解决全局唯一性问题关键，就是让id唯一，然而，在分布式系统中，每个节点都需要单独维护自己id，这时候有两种解决方案，第一种，全局使用序列号生成器生成id（虽然可以保证全局唯一性），但若只有一个节点运行，那么序列号生成器势必会成为性能瓶颈；第二种，使用分布式id思想，让多个节点在同一id空间内生成唯一id，且id唯一，从而保证整个系统的正确与可靠。
• ③ 趋势递增：在MySQL InnoDB引擎中使用聚集索引，由于多数RDBMS使用B-tree的数据结构（每个节点都会索引节点和数据节点）存储索引数据，因此，在主键选择上应当选择有序（B-tree是有顺序的，Tree是有顺序的）主键保证写入性能。
• ④ 单调递增：保证下一个id > 上一个id，例如：事务版本号（乐观锁）、排序等特殊要求。
• ⑤ 信息安全：若id连续，会造成恶意用户爬取数据工作简单，例如：按照指定URL顺序下载网站数据；若id为订单号，则竞对只需间隔一天时间下单，便可知道平台一天单量，因而，在特定场景下，需要id无规则。

1.1.1 BTree

针对数据节点：

• 在BTree中，每个节点即可是索引节点又可是数据节点，即索引节点与数据节点是一体，节点既存索引，又存储数据。

针对索引节点：

• 在BTree中，索引节点中存储的是索引关键字和指向子节点的指针，每个节点存储的子节点数是固定的，且与键值的个数相同。

1.1.2 B+Tree

针对数据节点：

• 只有叶子节点存储数据，且同一层叶子节点间形成一个有序链表，便于区间查找，而非叶子节点只存储索引关键字和指向孩子节点的指针，不存储数据。

针对索引节点：

• 索引节点中存储的是索引关键字和指向子节点的指针，每个节点可以存储多个子节点的索引关键字和指针，这样可以减少索引节点的数量，提高树的高度和查询效率。

1.1.3 B+Tree相比于BTree优势

• 基于上述对于B+Tree和BTree的论述，B+Tree有更好的磁盘读写性能、更快的查询速度和更高的查询效率，在MySQL和Oracle中都采用B+Tree索引结构优化查询效率。

1.2 什么是分布式id

分布式id：指在分布式环境下，为保证id全局唯一性而设计的一种分布式id生成方式。

• 全局唯一：不同机器在不同时间生成id必须唯一，确保整个分布式系统内id唯一性。
• 有序递增：生成id需要具有有序性，便于排序和查询，也方便数据库索引，提高效率。

1.3 常见分布式id生成策略

1.3.1 基于数据库自增id

基于数据库自增id：使用数据库自增id主键生成全局唯一id，适用于单机场景和数据量较小的分布式场景。

1.3.2 基于UUID

基于UUID：使用UUID生成全局唯一id，这种方法适用于分布式环境，但是，有以下缺点

• ① UUID生成id较长，占用存储空间较大，索引不够高效。

1.3.3 Twitter的Snowflake算法

Snowflake算法：Twitter开发的算法，使用64位二进制生成全局唯一id，该算法的核心是将64位的整数分成多个区域，分别代表时间戳、机器id、序列号等信息，具体用位运算实现，在保证全局唯一性同时，保证id的排序和高效索引。

1.3.4 美团的Leaf-segment算法

Leaf-segment算法：美团开发的算法，使用一个一个数据库记录保存当前的id区间，然后将id的生成请求发送给多个服务节点，每个服务节点拿到id区间后，可以在本地生成一定量的id，然后以缓存的方式使用，使用该算法将高并发下的单点性能问题分散到多个节点，通过id生成效率。

1.3.5 ZooKeeper发号器

ZooKeeper发号器：使用ZooKeeper实现分布式锁，使得在多个服务节点同时生成id时，只有一个节点可以进行生成，确保id的唯一性。（但是会造成线程阻塞，影响性能）

1.3.6 Redisson分布式锁

Redisson分布式锁：使用Redisson实现分布式锁，使得在多个服务节点同时生成id时，只有一个节点可以进行生成，确保id唯一性。（但是会造成线程阻塞，影响性能；依赖其他库，为我们带来许多额外工作量）

2 Leaf-segment 算法（美团——Leaf）

2.1 Leaf-segment算法是什么？

2.2 为什么需要 Leaf-segment算法

2.3 Leaf-segment算法解决的问题

2.4 Leaf-segment算法架构图

2.5 美团——Leaf（基于docker）

2.6 Leaf-segment算法入门