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分布式id生成方案概述

Terry_Tai / 2663人閱讀

摘要：序本文主要來(lái)聊聊分布式的生成方案。分布式的生成，以為代表的，系列算法采用的就是劃分命名空間并行生成的思路。

序

本文主要來(lái)聊聊分布式id的生成方案。

目標(biāo)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要什么樣的ID生成器中提出了幾點(diǎn)目標(biāo)：

唯一性

時(shí)間相關(guān)

粗略有序

可反解

可制造

主要思路

對(duì)于每個(gè)標(biāo)識(shí)，都需要有一個(gè)命名空間（namespace），來(lái)保證其相對(duì)唯一性。
分布式的ID生成，以Twitter Snowflake為代表的， Flake 系列算法采用的就是劃分命名空間并行生成的思路。

UUID

UUID(Universally Unique Identifier)的標(biāo)準(zhǔn)型式包含32個(gè)16進(jìn)制數(shù)字(每個(gè)字符0-F的字符代表4bit,共128bit)，以連字號(hào)分為五段，形式為8-4-4-4-12的32+4個(gè)字符。
比如bc96c351-bea3-4e53-b0a8-d9806763dd69。
主要的格式如下：

時(shí)間戳＋UUID版本號(hào)，分三段占16個(gè)字符(60bit+4bit)，

Clock Sequence號(hào)與保留字段，占4個(gè)字符(13bit＋3bit)，

節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)占12個(gè)字符(48bit)，

version 4 基于隨機(jī)數(shù)的算法，也是JDK里的算法，不管原來(lái)各個(gè)位的含義了，除了少數(shù)幾個(gè)位必須按規(guī)范填，其余全部用隨機(jī)數(shù)表達(dá)。

mongo object id

通過(guò)“時(shí)間+機(jī)器碼+pid+inc”共12個(gè)字節(jié)，通過(guò)4+3+2+3的方式最終標(biāo)識(shí)成一個(gè)24長(zhǎng)度的十六進(jìn)制字符。ObjectId是一個(gè)12字節(jié) BSON 類(lèi)型數(shù)據(jù)，有以下格式：

4個(gè)字節(jié)表示的Unix timestamp

3個(gè)字節(jié)表示的機(jī)器的ID

2個(gè)字節(jié)表示的進(jìn)程ID

3個(gè)字節(jié)表示的計(jì)數(shù)器

snow flake算法

個(gè)64 bits的唯一long型的ID，使用其中41bit作為毫秒數(shù)，10bit作為機(jī)器編號(hào)，12bit作為毫秒內(nèi)序列號(hào)。IdWorker

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)42  | worker id(10) | sequence(12)  |
+---------------+----------------+----------------+

id  = timestamp | workerid | sequence (eg. 1451063443347648410)

默認(rèn)采用上圖字節(jié)分配方式：

第一位為未使用，接下來(lái)的41位為毫秒級(jí)時(shí)間(41位的長(zhǎng)度可以使用69年)

5位datacenterId和5位workerId(10位的長(zhǎng)度最多支持部署1024個(gè)節(jié)點(diǎn)）

12位是毫秒內(nèi)的計(jì)數(shù)（12位的計(jì)數(shù)順序號(hào)支持每個(gè)節(jié)點(diǎn)每毫秒產(chǎn)生4096個(gè)ID序號(hào)）

snowflake生成的ID整體上按照時(shí)間自增排序，并且整個(gè)分布式系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生ID碰撞（由datacenter和workerId作區(qū)分），并且效率較高。這個(gè)算法單機(jī)每秒內(nèi)理論上最多可以生成1000*(2^12)，也就是400W的ID。

snow flake算法變種 Boundary flake

Boundary flakeID 長(zhǎng)度擴(kuò)展到 128 bits:

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)64  | worker id(48) | sequence(16)  |
+---------------+----------------+----------------+
id  = timestamp | workerid | sequence

最高 64 bits 時(shí)間戳;

然后是 48 bits 的 Worker 號(hào) (和 Mac 地址一樣長(zhǎng));

最后是 16 bits 的 Seq Number

由于它用 48 bits 作為 Worker ID, 和 Mac 地址的長(zhǎng)度一樣, 這樣啟動(dòng)時(shí)不需要和 Zookeeper 通訊獲取 Worker ID. 做到了完全的去中心化
它這樣做的目的是用更多的 bits 實(shí)現(xiàn)更小的沖突概率, 這樣就支持更多的 Worker 同時(shí)工作. 同時(shí), 每毫秒能分配出更多的 ID

Simple flake

simpleflake取消 Worker 號(hào), 保留 41 bits 的 Timestamp, 同時(shí)把 sequence number 擴(kuò)展到 22 bits

+---------------+----------------+
|timestamp(ms)42  | sequence(22) 
+---------------+----------------+
id  = timestamp | sequence

Simpleflake 的特點(diǎn):

sequence number 完全靠隨機(jī)產(chǎn)生 (這樣也導(dǎo)致了生成的 ID 可能出現(xiàn)重復(fù))

沒(méi)有 Worker 號(hào), 也就不需要和 Zookeeper 通訊, 實(shí)現(xiàn)了完全去中心化

Timestamp 保持和 Snowflake 一致, 今后可以無(wú)縫升級(jí)到 Snowflake
缺點(diǎn)：

生成的 ID 重復(fù)的可能. 這個(gè)生成 ID 重復(fù)的概率隨著每秒生成的 ID 數(shù)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

每秒生成的 ID 不能太多 (最好小于 100次/秒, 如果大于 100次/秒的場(chǎng)景, Simpleflake 就不適用

百度唯一id

UidGenerator

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)29  | worker id(22) | sequence(13)  |
+---------------+----------------+----------------+
id  = sign + delta seconds | workerid | sequence

timestap
sign(1bit)固定1bit符號(hào)標(biāo)識(shí)，即生成的UID為正數(shù)。

delta seconds (28 bits)前時(shí)間，相對(duì)于時(shí)間基點(diǎn)"2016-05-20"的增量值，單位：秒，最多可支持約8.7年

worker id (22 bits)
機(jī)器id，最多可支持約420w次機(jī)器啟動(dòng)。內(nèi)置實(shí)現(xiàn)為在啟動(dòng)時(shí)由數(shù)據(jù)庫(kù)分配，默認(rèn)分配策略為用后即棄，后續(xù)可提供復(fù)用策略。

sequence (13 bits)
每秒下的并發(fā)序列，13 bits可支持每秒8192個(gè)并發(fā)。

doc

服務(wù)化框架－分布式Unique ID的生成方法一覽

Leaf——美團(tuán)點(diǎn)評(píng)分布式ID生成系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)中唯一 ID 的生成方法

細(xì)聊分布式ID生成方法

生成全局唯一ID的3個(gè)思路，來(lái)自一個(gè)資深架構(gòu)師的總結(jié)

Announcing Snowflake

A distributed, k-sortable unique ID generation system using Redis and Lua

經(jīng)典的雪花算法-springboot

一個(gè)實(shí)現(xiàn) Twitter SnowFlake 算法 的 Go 分布式 UID 生成器

Java實(shí)現(xiàn)的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器

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