分布式唯一ID生成器

在应用程序中,经常需要全局唯一的ID作为数据库主键。如何生成全局唯一ID?

分布式唯一ID生成器

首先,需要确定全局唯一ID是整型还是字符串?

如果是字符串,那么现有的UUID就完全满足需求,不需要额外的工作。缺点是字符串作为ID占用空间大,索引效率比整型低。

如果采用整型作为ID,那么首先排除掉32位int类型,因为范围太小,必须使用64位long型。

采用整型作为ID时,如何生成自增、全局唯一且不重复的ID?

方案一:利用数据库的自增ID,从1开始,基本可以做到连续递增。Oracle可以用SEQUENCE,MySQL可以用主键的AUTO_INCREMENT,虽然不能保证全局唯一,但每个表唯一,也基本满足需求。

数据库自增ID的缺点是数据在插入前,无法获得ID。

数据在插入后,获取的ID虽然是唯一的,但一定要等到事务提交后,ID才算是有效的。有些双向引用的数据,不得不插入后再做一次更新,比较麻烦。

第二种方式是采用一个集中式ID生成器,它可以是Redis,也可以是ZooKeeper,也可以利用数据库的表记录最后分配的ID。

这种方式最大的缺点是复杂性太高,需要严重依赖第三方服务,而且代码配置繁琐。一般来说,越是复杂的方案,越不可靠,并且测试越痛苦。

第三种方式是类似 Twitter 的 Snowflake 算法,它给每台机器分配一个唯一标识,然后通过时间戳+标识+自增实现全局唯一ID。这种方式好处在于ID生成算法完全是一个无状态机,无网络调用,高效可靠。缺点是如果唯一标识有重复,会造成ID冲突。

Snowflake 算法采用 41bit 毫秒时间戳,加上 10bit 机器ID,加上 12bit 序列号,理论上最多支持1024台机器每秒生成4096000个序列号,对于 Twitter 的规模来说够用了。

但是对于绝大部分普通应用程序来说,根本不需要每秒超过400万的ID,机器数量也达不到1024台,所以,我们可以改进一下,使用更短的ID生成方式:

53bitID 由32bit秒级时间戳+16bit自增+5bit机器标识组成,累积32台机器,每秒可以生成6.5万个序列号,核心代码:

private static synchronized long nextId(long epochSecond) {
    if (epochSecond < lastEpoch) {
        // warning: clock is turn back:
        logger.warn("clock is back: " + epochSecond + " from previous:" + lastEpoch);
        epochSecond = lastEpoch;
    }
    if (lastEpoch != epochSecond) {
        lastEpoch = epochSecond;
        reset();
    }
    offset++;
    long next = offset & MAX_NEXT;
    if (next == 0) {
        logger.warn("maximum id reached in 1 second in epoch: " + epochSecond);
        return nextId(epochSecond + 1);
    }
    return generateId(epochSecond, next, SHARD_ID);
}

时间戳减去一个固定值,此方案最高可支持到2106年。

如果每秒6.5万个序列号不够怎么办?没关系,可以继续递增时间戳,向前“借”下一秒的6.5万个序列号。

同时还解决了时间回拨的问题。

机器标识采用简单的主机名方案,只要主机名符合host-1,host-2就可以自动提取机器标识,无需配置。

最后,为什么采用最多53位整型,而不是64位整型?这是因为考虑到大部分应用程序是Web应用,如果要和JavaScript打交道,由于JavaScript支持的最大整型就是53位,超过这个位数,JavaScript将丢失精度。因此,使用53位整数可以直接由JavaScript读取,而超过53位时,就必须转换成字符串才能保证JavaScript处理正确,这会给API接口带来额外的复杂度。这也是为什么新浪微博的API接口会同时返回id和idstr的原因。

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