分布式系统唯一ID生成方案

分布式系统唯一ID生成方案汇总

数据库自增主键

最常见的方式。利用数据库，全数据库唯一。

优点：

1）简单，代码方便，性能可以接受。

2）数字ID天然排序，对分页或者需要排序的结果很有帮助。

缺点：

1）不同数据库语法和实现不同，数据库迁移的时候或多数据库版本支持的时候需要处理。

2）在单个数据库或读写分离或一主多从的情况下，只有一个主库可以生成。有单点故障的风险。

3）在性能达不到要求的情况下，比较难于扩展。

4）如果遇见多个系统需要合并或者涉及到数据迁移会相当痛苦。

5）分表分库的时候会有麻烦。

优化方案：

1）针对主库单点，如果有多个Master库，则每个Master库设置的起始数字不一样，步长一样，可以是Master的个数。比如：Master1 生成的是 1，4，7，10，Master2生成的是2,5,8,11 Master3生成的是 3,6,9,12。这样就可以有效生成集群中的唯一ID，也可以大大降低ID生成数据库操作的负载。

这种方式可保证id不重复。但导致id不是绝对递增，而是整体趋势上递增；其次是写入的压力仍然很大，mysql容易成为性能瓶颈。

数据库批量生成id(TDDL采用)

优点：效率高；降低数据库压力

缺点：需考虑安全性问题，防止取到重复id；如果业务需求是每次只生成一个id，性能有问题

备注：利用数据库，初始化一行数据，初始值为1，取10个id，就给该值加10，调用端取返回id值的前10个数值。以上即为批量生成id思路。

UUID

常见的方式。可以利用数据库也可以利用程序生成，一般来说全球唯一。

优点：

1）简单，代码方便。

2）生成ID性能非常好，基本不会有性能问题。

3）全球唯一，在遇见数据迁移，系统数据合并，或者数据库变更等情况下，可以从容应对。

缺点：

1）没有排序，无法保证趋势递增。

2）UUID往往是使用字符串存储，查询的效率比较低。

3）存储空间比较大，如果是海量数据库，就需要考虑存储量的问题。

4）传输数据量大

5）不可读。

UUID变种

1）为了解决UUID不可读，可以使用UUID to Int64的方法。即

/// <summary>
/// 根据GUID获取唯一数字序列
/// </summary>
public static long GuidToInt64()
{
    byte[] bytes = Guid.NewGuid().ToByteArray();
    return BitConverter.ToInt64(bytes, 0);
}

2）为了解决UUID无序的问题，NHibernate在其主键生成方式中提供了Comb算法（combined guid/timestamp）。保留GUID的10个字节，用另6个字节表示GUID生成的时间（DateTime）。

/// <summary>
/// Generate a new <see cref="Guid"/> using the comb algorithm.
/// </summary>
private Guid GenerateComb()
{
    byte[] guidArray = Guid.NewGuid().ToByteArray();

    DateTime baseDate = new DateTime(1900, 1, 1);
    DateTime now = DateTime.Now;

    // Get the days and milliseconds which will be used to build
    //the byte string
    TimeSpan days = new TimeSpan(now.Ticks - baseDate.Ticks);
    TimeSpan msecs = now.TimeOfDay;

    // Convert to a byte array
    // Note that SQL Server is accurate to 1/300th of a
    // millisecond so we divide by 3.333333
    byte[] daysArray = BitConverter.GetBytes(days.Days);
    byte[] msecsArray = BitConverter.GetBytes((long)
      (msecs.TotalMilliseconds / 3.333333));

    // Reverse the bytes to match SQL Servers ordering
    Array.Reverse(daysArray);
    Array.Reverse(msecsArray);

    // Copy the bytes into the guid
    Array.Copy(daysArray, daysArray.Length - 2, guidArray,
      guidArray.Length - 6, 2);
    Array.Copy(msecsArray, msecsArray.Length - 4, guidArray,
      guidArray.Length - 4, 4);

    return new Guid(guidArray);
}

用上面的算法测试一下，得到如下的结果：作为比较，前面3个是使用COMB算法得出的结果，最后12个字符串是时间序（统一毫秒生成的3个UUID），过段时间如果再次生成，则12个字符串会比图示的要大。后面3个是直接生成的GUID。

如果想把时间序放在前面，可以生成后改变12个字符串的位置，也可以修改算法类的最后两个Array.Copy。

Redis生成ID

原子操作 INCR和INCRBY

当使用数据库来生成ID性能不够要求的时候，我们可以尝试使用Redis来生成ID。这主要依赖于Redis是单线程的，所以也可以用生成全局唯一的ID。可以用Redis的原子操作 INCR和INCRBY来实现。

可以使用Redis集群来获取更高的吞吐量。假如一个集群中有5台Redis。可以初始化每台Redis的值分别是1,2,3,4,5，然后步长都是5。各个Redis生成的ID为：

A：1,6,11,16,21

B：2,7,12,17,22

C：3,8,13,18,23

D：4,9,14,19,24

E：5,10,15,20,25

这个，随便负载到哪个机确定好，未来很难做修改。但是3-5台服务器基本能够满足器上，都可以获得不同的ID。但是步长和初始值一定需要事先需要了。使用Redis集群也可以方式单点故障的问题。

另外，比较适合使用Redis来生成每天从0开始的流水号。比如订单号=日期+当日自增长号。可以每天在Redis中生成一个Key，使用INCR进行累加。

优点：

1）不依赖于数据库，灵活方便，且性能优于数据库。

2）数字ID天然排序，对分页或者需要排序的结果很有帮助。

缺点：

1）如果系统中没有Redis，还需要引入新的组件，增加系统复杂度。

2）需要编码和配置的工作量比较大。

EVAL,EVALSHA两个命令(LUA)

GitHub 地址：https://github.com/hengyunabc/redis-id-generator

依赖redis的EVAL,EVALSHA两个命令，利用redis的lua脚本执行功能，在每个节点上通过lua脚本生成唯一ID。 生成的ID是64位的：

使用41 bit来存放时间，精确到毫秒，可以使用41年。

使用12 bit来存放逻辑分片ID，最大分片ID是4095

使用10 bit来存放自增长ID，意味着每个节点，每毫秒最多可以生成1024个ID

Redis提供了TIME命令，可以取得redis服务器上的秒数和微秒数。因些lua脚本返回的是一个四元组。

second, microSecond, partition, seq

客户端要自己处理，生成最终ID。

((second * 1000 + microSecond / 1000) << (12 + 10)) + (shardId << 10) + seq;

在redis-id-generator-java目录下，有example和benchmark代码，提供了 Java客户端生成模式，其它语言只要支持redis evalsha命令就可以了。

ZK生成唯一ID

zookeeper主要通过其znode数据版本来生成序列号，可以生成32位和64位的数据版本号，客户端可以使用这个版本号来作为唯一的序列号。
很少会使用zookeeper来生成唯一ID。主要是由于需要依赖zookeeper，并且是多步调用API，如果在竞争较大的情况下，需要考虑使用分布式锁。因此，性能在高并发的分布式环境下，也不甚理想。

Stat stat = zkClient.writeData("/seq", new byte[0], -1);
nt versionAsSeq = stat.getVersion();
System.out.println(taskName + " obtain seq=" +versionAsSeq );

往指定节点写数据，每次写成功，拿到的版本号用来做唯一ID，性能不大好。

snowflake

分布式ID生成器--SnowFlake

公司用

时间戳+机器ID+自增ID

自增ID用Mysql，每个应用每次取100个ID缓存在内存。Mysql对应的行数值加100。类似TDDL 方案。

总体上保持递增。

严格递增，可以用redis做。