九種主流的分佈式 ID 生成策略

前言

構建分佈式系統時，如何對數據進行唯一標識也是一個至關重要的設計。不僅要符合 B-tree 數據結構以維持查詢性能，還要考慮唯一標識的連續性會不會影響系統安全性。在分庫分表的情況下，還要避免唯一標識重複且高效等等需要考慮的點。

爲此，市場就出現了很多分佈式 ID 生成方案。本文將詳細介紹九種主流的分佈式 ID 生成策略供大家參考使用。

1、UUID

UUID(Universally Unique Identifier) 是基於當前時間、計數器和硬件標識（通常爲無線網卡的 MAC 地址）等數據計算生成的。

示例代碼

JDK 提供了 UUID 生成工具，示例代碼如下：

存在的問題

UUID 完全可以滿足分佈式唯一標識，但是在實際應用過程中一般不採用，有幾個原因：

存儲成本高：UUID 太長，16 字節 128 位，以 36 長度的字符串表示，很多場景不適用。
信息不安全：基於 MAC 地址生成的 UUID 算法會暴露 MAC 地址，曾經梅麗莎病毒的製造者就是根據 UUID 尋找的。
不符合 MySQL 主鍵要求：MySQL 官方有明確的建議，主鍵要儘量越短越好，因爲太長對 MySQL 索引不利。

（如果 UUID 作爲數據庫主鍵，在 InnoDB 引擎下，UUID 的無序性可能會引起數據位置頻繁變動，嚴重影響性能。）

2、數據庫自增 ID

利用 MySQL 自增的 ID，可以達到數據唯一標識。

但是分庫分表後不能保證整體的 ID 唯一。爲了避免這種情況，有以下兩種方式可以解決該問題。

全局主鍵表

創建全局主鍵表維護唯一標識，作爲 ID 的輸出源可以保證整體 ID 的唯一。

主鍵表示例：

當業務獲取唯一標識時，執行下方 SQL 獲取，然後添加到某個分表中。

ID 自增步長設置

通過設置 MySQL 主鍵自增步長，讓分佈在不同實例的表數據 ID 做到不重複，從而保證整體的唯一。

如下，可以設置實例 1 步長爲 1，實例 1 步長爲 2。

顯然，這種方式的擴展性會是一個非常大的問題。

3、號段模式

號段模式介紹

號段模式是當下分佈式 ID 生成器的主流實現方式之一。其原理如下：

號段模式每次從數據庫取出一個號段範圍，加載到服務內存中。避免每次生成 ID 都去訪問數據庫。
當號段 ID 用完，再次向數據庫申請新號段，對 max_id 字段做一次 update 操作，新的號段範圍是 (max_id ,max_id +step]。
由於多業務端可能同時操作，所以採用版本號 version 樂觀鎖方式更新。

表結構如下：

優缺點

這種分佈式 ID 生成方式不強依賴於數據庫，不會頻繁的訪問數據庫，對數據庫的壓力小很多。

但同樣也會存在一些缺點，比如：服務器重啓，單點故障會造成 ID 不連續。

4、Redis INCR

作爲共享內存，可以通過 Redis 的 INCR 命令來生成全局唯一 ID。

簡單的代碼示例

Redis 也有對應的缺點：ID 生成的持久化問題，如果 Redis 宕機了怎麼進行恢復是開發人員需要考慮的。

5、雪花算法

Snowflake，雪花算法是有 Twitter 開源的分佈式 ID 生成算法，以劃分命名空間的方式將 64bit 位分割成了多個部分，每個部分都有具體的不同含義，在 Java 中 64Bit 位的整數是 Long 類型，所以在 Java 中 Snowflake 算法生成的 ID 就是 long 來存儲的。具體如下：

雪花算法強依賴機器時鐘，如果機器上時鐘回撥，會導致重複。通常通過記錄最後使用時間處理該問題。

6、美團 (Leaf)

美團點評分佈式 ID 生成系統。支持號段模式和 snowflake 算法模式，可以切換使用。

開源項目鏈接：

https://github.com/Meituan-Dianping/Leaf

Leaf 詳細介紹：

https://tech.meituan.com/2017/04/21/mt-leaf.html

7、百度 (Uidgenerator)

UidGenerator 是百度開源的 Java 語言實現，基於 Snowflake 算法的。克服了雪花算法的併發限制，單個實例的 QPS 能超過 6000000。需要的環境：JDK8+，MySQL（用於分配 WorkerId）。

源碼地址：

https://github.com/baidu/uid-generator

中文文檔地址：

https://github.com/baidu/uid-generator/blob/master/README.zh_cn.md

8、滴滴 (TinyID)

Tinyid 是滴滴基於美團（Leaf）的號段模式基礎上升級而來，不僅支持了數據庫多主節點模式，還提供了 tinyid-client 客戶端的接入方式，使用起來更加方便。