分布式ID生成方案总结

news/2024/5/12 6:19:03

分布式场景下，需要保证每一个服务拿到的id是唯一的。本文讨论、分析、总结了一些常见的分布式ID生成方案
结论：技术上没有银弹，每种分布式id都有自己的使用场景。uuid适用于业务比较简单，对性能没有太高追求等。目前主流是基于数据库的号段模式，雪花算法、以及雪花算法的改进版本。

分布式ID需要满足哪些条件?有什么要求？

全局唯一。不能重复。（核心）
趋势递增。
信息安全。（id是连续的，容易被恶意用户爬取数据）
高性能。低延迟等性能要求。

UUID

UUID全程是 Universally Unique Identifier。字面意思：全球唯一的标识。 UUID 是一种由标准化的算法生成的 128 位数字，它在理论上是全球唯一的。UUID 可以通过不同的算法生成，其中最常见的是基于时间戳和节点信息生成的版本 1 UUID 和基于随机数生成的版本 4 UUID。

有什么特点？

足够的简单，java原生自带。本地生成具有唯一性。
缺点：不是自增的。不具备趋势递增性。没有具体的业务含义。长度比较大，浪费空间。

基于数据库

使用一个单独的数据库实例去生成。访问量剧增，mysql本身就是瓶颈。单点风险。

数据库集群。

多个db。使用不常。这样就可以确保每一个db生成的都是不重复的。
比如3个db实例，db1 从1开始生成，每次自增3。db2从2，每次自增3。这样就能保证唯一性。

致命缺点：不利于后续扩容（几乎很少去使用）

基于数据库的号段模式（重点）

号段模式是当下分布式ID生成器的主流实现方式之一，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 '号段的步长',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。

雪花算法

雪花算法（Snowflake）是twitter公司内部分布式项目采用的ID生成算法，开源后广受国内大厂的好评，在该算法影响下各大公司相继开发出各具特色的分布式生成器。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f9612d58776d48d4bb26e60d9e036ff0.png
Snowflake生成的是Long类型的ID，一个Long类型占8个字节，每个字节占8比特，也就是说一个Long类型占64个比特。

Snowflake ID组成结构：正数位（占1比特）+ 时间戳（占41比特）+ 机器ID（占5比特）+ 数据中心（占5比特）+ 自增值（占12比特），总共64比特组成的一个Long类型。

第一个bit位（1bit）：Java中long的最高位是符号位代表正负，正数是0，负数是1，一般生成ID都为正数，所以默认为0。
时间戳部分（41bit）：毫秒级的时间，不建议存当前时间戳，而是用（当前时间戳 - 固定开始时间戳）的差值，可以使产生的ID从更小的值开始；41位的时间戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69年
工作机器id（10bit）：也被叫做workId，这个可以灵活配置，机房或者机器号组合都可以。
序列号部分（12bit），自增值支持同一毫秒内同一个节点可以生成4096个ID
根据这个算法的逻辑，只需要将这个算法用Java语言实现出来，封装为一个工具方法，那么各个业务应用可以直接使用该工具方法来获取分布式ID，只需保证每个业务应用有自己的工作机器id即可，而不需要单独去搭建一个获取分布式ID的应用。
nowFlake可以保证：
优缺点：