UUID/GUID介绍、生成规则及生成代码

1. UUID介绍

1.1 介绍

• UUID全称为：Universally Unique IDentifier（通用唯一识别码）
• UUID算法的目的是为了生成某种形式的全局唯一ID来标识系统中的任一元素，尤其在分布式环境下，该ID需要不依赖中心认证即可自动生成全局唯一ID。
• UUID是由一组32位数的16进制数字所构成，故UUID理论上的总数为1632=2128，约等于3.4 x 1038。也就是说若每纳秒（ns）产生1万亿个UUID，要花100亿年才会将所有UUID用完。
• UUID的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为 8-4-4-4-12 的32个字符。示例：
  550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000
• RFC 4122 为UUID 定义了统一资源名称（URN）名字空间。作为URN呈现的UUID如下：
  urn:uuid:123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

1.2 UUID优势

• 无需网络，单机自行生成
• 速度快，QPS高（支持100ns级并发）
• 各语言均有相应实现库供直接使用

1.3 UUID劣势

• String存储，占空间，DB查询及索引效率低
• 无序，可读性差
• 根据实现方式不同可能泄露信息

2. UUID版本

• 版本 1/2 适用于需要高度唯一性且无需重复的场景；
• 版本 3/5 适用于一定范围内唯一且需要或可能会重复生成UUID的环境下；
• 版本 4 适用于对唯一性要求不太严格且追求简单的场景。

2.1 版本1 - 基于时间的UUID

2.1.1优点

能基本保证全球唯一性

2.1.2 缺点

使用了Mac地址，因此会暴露Mac地址和生成时间

2.1.3 生成规则

基于时间的UUID为例先梳理UUID的结构：
UUID为32位的十六机制数，因此实际上是16-byte (128-bit)，各位分别为：

时间值：在基于时间的UUID中，时间值是一个60位的整型值，对应UTC的100ns时间间隔计数，因此其支持支持一台机器每秒生成10M次。在UUID中，将这60位放置到了15~08这8-byte中（除了09位有4-bit的版本号内容）。

版本号：版本号即上文所说的五个版本，在五个版本的UUID中，都总是在该位置标识版本，占据 4-bit，分别以下列数字表示：

因此版本号这一位的取值只会是1,2,3,4,5

变体值：表明所依赖的标准（X表示可以是任意值）：

时钟序列：在基于时间的UUID中，时钟序列占据了07~06位的14-bit。不同于时间值，时钟序列实际上是表示一种逻辑序列，用于标识事件发生的顺序。在此，如果前一时钟序列已知，则可以通过自增来实现时钟序列值的改变；否则，通过（伪）随机数来设置。主要用于避免因时间值向未来设置或节点值改变可能导致的UUID重复问题。

节点值：在基于时间的UUID中，节点值占据了05~00的48-bit，由机器的MAC地址构成。如果机器有多个MAC地址，则随机选其中一个；如果机器没有MAC地址，则采用（伪）随机数。

2.2 版本2 - 分布式安全的UUID

2.2.1 优点

能保证全球唯一性

2.2.2 缺点

很少使用，常用库基本没有实现

2.2.3 生成规则

将基于时间的UUID（版本1）中时间戳前四位换为POSIX的UID或GID，其余保持一致。

2.3 版本3 - 基于名字空间的UUID（MD5版）

2.3.1 优点

不同名字空间或名字下的UUID是唯一的；相同名字空间及名字下得到的UUID保持重复。

2.3.2 缺点

MD5碰撞问题，只用于向后兼容，后续不再使用

2.3.3 生成规则

将命名空间 (如DNS、URL、OID等) 及名字转换为字节序列；
通过MD5散列算法将上述字节序列转换为16字节哈希值 (MD5散列不再推荐，SHA1散列的20位只使用其15~00位)；
将哈希值的 3~0 字节置于UUID的15~12位；
将哈希值的 5~4 字节置于UUID的11~10位；
将哈希值的 7~6 字节置于UUID的09~08位，并用相应版本号覆盖第9位的高4位 (同版本1位置)；
将哈希值的 8 字节置于UUID的07位，并用相应变体值覆盖其高2位 (同版本1位置)；
将哈希值的 9 字节置于UUID的06位 (原时钟序列位置)；
将哈希值的 15~10 字节置于UUID的05~00位 (原节点值位置)。

2.4 版本4 - 基于随机数的UUID

2.4.1 优点

实现简单

2.4.2 缺点

重复几率可计算

2.4.3 生成规则

生成16byte随机值填充UUID。重复机率与随机数产生器的质量有关。若要避免重复率提高，必须要使用基于密码学上的假随机数产生器来生成值才行；
将变体值及版本号填到相应位置。

2.5 版本5 - 基于名字空间的UUID（SHA1版）

2.5.1 优点

不同名字空间或名字下的UUID是唯一的；相同名字空间及名字下得到的UUID保持重复。

2.5.2 缺点

SHA1计算相对耗时

2.5.3 生成规则

将命名空间 (如DNS、URL、OID等) 及名字转换为字节序列；
通过SHA1散列算法将上述字节序列转换为16字节哈希值 (MD5散列不再推荐，SHA1散列的20位只使用其15~00位)；
将哈希值的 3~0 字节置于UUID的15~12位；
将哈希值的 5~4 字节置于UUID的11~10位；
将哈希值的 7~6 字节置于UUID的09~08位，并用相应版本号覆盖第9位的高4位 (同版本1位置)；
将哈希值的 8 字节置于UUID的07位，并用相应变体值覆盖其高2位 (同版本1位置)；
将哈希值的 9 字节置于UUID的06位 (原时钟序列位置)；
将哈希值的 15~10 字节置于UUID的05~00位 (原节点值位置)。

3. UUID生成代码

go代码如下

package main

import (
	"fmt"

	"github.com/google/uuid"
)

func UUIDv1() uuid.UUID {
	id, err := uuid.NewUUID()
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return id
}

func UUIDv2G() uuid.UUID {
	id, err := uuid.NewDCEGroup()
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return id
}

func UUIDv2P() uuid.UUID {
	id, err := uuid.NewDCEPerson()
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return id
}

func UUIDv3(data []byte) uuid.UUID {
	id, err := uuid.NewDCEPerson()
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return uuid.NewMD5(id, data)
}

func UUIDv4() uuid.UUID {
	return uuid.New()
}

func UUIDv5(data []byte) uuid.UUID {
	id, err := uuid.NewDCEPerson()
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return uuid.NewSHA1(id, data)
}

func main() {
	fmt.Println("---------------UUIDv1---------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv1())
	}
	fmt.Println("---------------UUIDv2G--------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv2G())
	}
	fmt.Println("---------------UUIDv2P--------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv2P())
	}
	fmt.Println("---------------UUIDv3---------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv3([]byte("encrypted")))
	}
	fmt.Println("---------------UUIDv4---------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv4())
	}
	fmt.Println("---------------UUIDv5---------------")
	for i := 0; i < 5; i++ {
		fmt.Println(UUIDv5([]byte("encrypted")))
	}
}

4. GUID介绍

GUID有两种解释：1.就是UUID 2.特指微软对UUID标准的实现（可能是v4，后文介绍）。可以具体语境去辨析是哪个意思。
GUID就是UUID的依据，可以参照以下：

• 维基百科上直接把GUID进行了重定向到UUID页面。
• GUID（也称为UUID）是一个 16 字节的结构，旨在用作对象的唯一标识符。此处引用微软官方文档。
• cxx 类型定义中也可以看到UUID和GUID等价。

 typedef struct _GUID {
   unsigned long Data1;
   unsigned short Data2;
   unsigned short Data3;
   byte Data4[8];
 } GUID,
   UUID,
  *PGUID;

5. GUID 生成规则

参考文章
作者采用如下C#代码进行测试

/// 

/// Simple script to check whether a C# Guid is really a UUID version 4.
/// 
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine($"{"Current",-10}{"Errors found",-10}");
        Console.WriteLine($"{"-------",-10}{"------------",-10}");

        var errorsFound = 0;

        for (var i = 0; i < 10_000_000; i++)
        {
            var guid = Guid.NewGuid();
            var uuidVersion = guid.ToString().Substring(14, 1);
            var isVersion4 = uuidVersion == "4";

            if (!isVersion4)
            {
                errorsFound += 1;
            }

            Console.Write($"\r{i, -10}{errorsFound, -10}   ");
        }

        Console.WriteLine();

        Console.ReadKey();
    }
}

结果显示

Current   Errors found
-------   ------------
9999999   0

猜测总归不是看了源码，所以我们只能做出如下结论:

GUID极可能是UUIDv4

6. GUID 生成代码

如果使用微软官方提供的API，有两种方式获取GUID

6.1 C#

在C#中 微软专门提供了一个Guid结构 来帮助人们生成GUID，命名空间为 System中 使用C#生成GUID的方法如下：
使用如下方法生成：
Guid.NewGuid()
如果要转换成为字符串使用，则可以使用如下方法：
Guid.NewGuid().ToString(string format)
其中 format 指示如何格式化GUID的格式 可以有不同的参数"N",“D”,“P”,“B”,null,当选择null时使用默认的参数"D"
使用C#语言生成 如下：

 string guid1 = Guid.NewGuid().ToString("N");
 string guid2 = Guid.NewGuid().ToString("D");
 string guid3 = Guid.NewGuid().ToString("P");
 string guid4 = Guid.NewGuid().ToString("B");

6.2 SQL server

比较运算符可与 uniqueidentifier 值一起使用。不过，排序不是通过比较两个值的位模式来实现的。可针对 uniqueidentifier 值执行的运算只有比较运算（=、<>、<、>、<=、>=）以及检查是否为 NULL（IS NULL 和 IS NOT NULL）。不能使用其他算术运算符。除 IDENTITY 之外的所有列约束和属性均可对 uniqueidentifier 数据类型使用。
具有更新订阅的合并复制和事务复制使用 uniqueidentifier 列来确保在表的多个副本中唯一地标识行。
sql server中 生成 GUID的时候 使用如下方法生成：

-- Creating a local variable with DECLARE/SET syntax.
DECLARE @myid uniqueidentifier
SET @myid = NEWID()
PRINT 'Value of @myid is: '+ CONVERT(varchar(255), @myid)

输出结果为：

Value of @myid is: 9A09488E-7D1D-4995-9A7D-3AFB736CA3FE

注意，NEWID 对每台计算机返回的值各不相同。所显示的数字仅起解释说明的作用。
要想使用SQL server和C#中生成一样格式，在C#中要使用默认的参数"D"，才能使SQL server 和C#中的格式一致