一文读懂分布式唯一ID生成

很多大的互联网公司数据量很大，都采用分库分表，那么分库后就需要统一的唯一ID进行存储。这个ID可以是数字递增的，也可以是UUID类型的。

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如果是递增的话，那么拆分了数据库后，可以按照id的hash，均匀的分配到数据库中，并且MySQL数据库如果将递增的字段作为主键存储的话会大大提高存储速度。但是如果把订单ID按照数字递增的话，别人能够很容易猜到你有多少订单了，这种情况就可以需要一种非数字递增的方式进行ID的生成。

想到分布式ID的生成，大家可能想到采用redis进行生成ID，使用Redis的INCR命令去生成和获取这个自增的ID，这个没有问题，但是这个INCR的生成QPS速度为200400（官网发布的测试结果），也就是20W这样子，如果QPS没有超过这些的话，显然使用Redis比较合适。

那么我们对于要达到高可用，高QPS，低延迟我们有没有更好的想法呢。接下来一起看一下snowflake算法，由twitter公司开源的雪花算法。

snowflake一共64位：

• 1.第一位不用。

• 2. 41位是时间戳。 2^41以毫秒为单位的话，可得到69年，非常够用了。

• 3. 10位位工作机器，可以有2^10=1024个工作节点，有的公司将其拆分为5位工作中心编码，5位分给工作机器。

• 4. 最后12位用于生成递增数据共4096个数。

如果用这个理论上的QPS上的QPS为409W/S。

这种方式的优点为：

• 1. QPS非常高，性能也非常够。高性能条件也满足了。

• 2. 不需要依赖其他第三方的中间件，比如Redis。少了依赖，可用率提高了。

• 3. 可以根据自己定制进行调节。也就是里边的10位进行自由分配。

缺点：

此种算法很依赖时钟，假如时钟进行回拨了，将有可能生成相同的ID。

UUID是采用32位二进制数据生成的，它生成的性能非常好，但是它是基于机器MAC地址生成的，而且不是分布式的，所以不是咱们讨论的范畴。

下面咱们看一下一些大公司的分布式ID实现机制，通过生成创建一张表，采用8个Byte, 64位进行存储使用，用这张表记录所产生ID的位置，比如ID从0开始，然后使用了1000个，那么数据库里边记录里边的最大值是一千，同时还有个步长值，比如1000，那么获取下一个值得时候最大值为2001，即最大的没有使用的值。

具体的实现步骤如下：

• 1. 提供一个生成分布式ID的服务，这个ID的服务是读取数据库里边的值和步长值计算生成需要的值和范围，然后服务消费方拿到后进行将号段存储到缓存中使用。

• 2.当给到服务调用方之后，数据库立即更新数据。

这种情况下的优点为：

• 1.  容灾性能好，如果DB出现问题，因为数据放到内存中，还是可以支撑一段时间。

• 2. 8个Byte可以满足业务生成ID使用。

• 3. 最大值可以自己定义，这样有些迁移的业务还可以自己定义最大值继续使用。

当然缺点也存在：

• 1. 当数据库挂了整个系统将不能使用。

• 2. 号段递增的，容易被其他人猜到。

• 3. 如果很多服务同时访问获取这个ID或者网络波动导致数据库IO升高的时候，系统稳定性会出现问题。

然后针对上述情况的解决方法是他们采用了双缓存机制，即将号码段读取到内存中之后开始使用，当使用到了10%的时候重新启动一个新线程，然后当一个缓存用完了之后去用另一块缓存的数据。当另一个缓存的数据达到10%的时候再重启激动一个新线程获取，依次反复。

这样做的好处是避免同时访问大量数据库，导致I/O增多。同时可以通过两个缓存段解决了单一缓存导致很快用完的情况。当然把这个号段设置成QPS大小的600倍，这样数据库挂了10-20分钟内还是可以继续提供服务的。

以上一直提到了一个问题，就是ID递增，咱们如何解决这个问题呢。就是采用snowflake，然后解决里边的时钟问题，有些公司采用ZK去比较当前workerId也就是节点ID使用的时间是否有回拨，如果有回拨就进行休眠固定时间，看是否能赶上时间，如果能赶上的话，继续生成ID，如果一直没有赶上达到某个值得话，那么就报错处理。因为中间10位是表示不同的节点，那么不同的节点生成的ID就不会存在递增的情况。

这些思路都是某公司已经实现了的，如果有兴趣继续研究的话，那么在GITHUB上搜索下开源的Leaf可以直接拿着使用的。