交互分布式系统下如何生成唯一序列

1 介绍

在常见的业务场景中，比如全局订单Id，唯一标识的支付编号等，都需要这个来保证。

那生成ID都有哪些解决方案呢？特别是在复杂的分布式系统业务场景中，我们应该采用哪种解决方案来实现这个唯一序列呢？

一般来说，这个唯一序号有如下几种特征：

• 全局唯一性：确保生成的序列是全局唯一的，不可重复。

• 有序性：确保生成的ID值对于某个用户或者业务是按一定的数字有序递增的。

• 高可用性：确保生成ID功能的高可用，能够承接较大峰值，能够保证序列生成的有效性（不重复且有序）。

• 带时间标记：ID中有时间片段组成，可是清晰识别出操作的时间。

下面是业内几种常见的分布式唯一序列生成方案，我们一一来介绍下。

2 数据库自增

数据库主键设置自增序号 auto_increment，可以按照一定的趋势自增，保证主键ID的唯一性。

这个方案简单易操作，优点是明显、可控。

但由于它是在数据库的单表上进行操作，对数据库性能依赖比较明显，高并发下的压力也很大。所以不是唯一ID生成的最佳方法。

1 create table `t_generator_id` 
2 ( 
3 `id` bigint(20) not null auto_increment,  -- 表示自增列 
4  -- 其他字段信息
5 )

3 系统时间毫秒数

我们可以使用当前系统时间精确到毫秒数（或者时间戳）+业务属性+用户属性+随机数+...等参数组合形式来确保ID的唯一性，缺点是ID的有序性难以保证，如果对有序性由强需求的业务不建议使用。

类似京东淘宝等电商的订单号生成。因为订单号和用户id在业务上的区别，订单号尽可能要多些冗余的业务信息，比如

滴滴：时间+起点编号+车牌号 ; 淘宝订单：时间戳+用户ID，类似滴滴订单的唯一序号如下：

4 UUID（GUID）

Java自带的生成UUID的方式（.Net体系下也有GUID可以对应），生成的是Length=32的16进制格式的字符串，如果回退为byte数组共16个byte元素，即UUID是一个128bit长的数字，一般用16进制表示。

可以保证唯一性，但缺点是它不包含时间标识、业务数据可读性太差了，而且也不能ID的有序递增。优点生成方式，简单，高效，一般业务系统中比较少用。

5 批量预生成ID

1、在内存（缓存）中，按需批量生成N个ID，并将最大ID值记录到数据库中。比如生成 1~10000，把max=10000持久化到数据库中，内存中记录的是current=1和max=10000。

2、所有的使用都在内存中进行，每消耗一次序号，current + 1。

3、当current==max的时候，重复第一个步骤，再次批量生成 10001~20000的值，并将数据库中的max改成20000。

优点是避免了每次生成ID都要访问数据库并带来压力。

缺点是只能是单点服务，如果服务重启势必会造成ID丢失不连续的情况，而且这种方式也不利于水平扩展。

6 Redis生成唯一序列

Redis可以使用简易的String类型，它的 incr/decr key 语法，支持高效快速的增减值，能够保证生成的ID肯定是唯一有序的。

这种方式不依赖数据库持久化，速度快，算是比较好的办法了。但系统中引入Redis这一中间件，无形中增加维护成本。在超大流量、超高并发的情况下，单实例Redis还是无法满足的，需要横向扩展Redis集群来进行支撑。

1 <strong>incr</strong>/<strong>decr key</strong> // 自增减 1
2 <strong>incrby</strong>/<strong>decrby key</strong> increment  // 自增减指定数值
3 <strong>incrbyfloat</strong>/<strong>decrbyfloat key</strong> increment  // 自增减浮点数

还可以利用像Zookeeper中的znode数据版本来生成序列号，及MongoDB的ObjectId等，但是性能不如Redis，不是很推荐。

7 snowflake算法

Twitter在把存储系统从MySQL迁移到Cassandra的过程中由于Cassandra没有顺序ID生成机制，于是自己开发了一套全局唯一ID生成服务：Snowflake。

如上图的所示，Twitter的snowflake算法下面几部分组成：

• 41位的时间序列，精确到毫秒，可以使用69年

• 10位的机器标识，最多支持部署1024个节点

• 12位的序列号，支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号，最高位是符号位始终为0。

这种方案性能好，在单机上是递增的，但是由于涉及到分布式环境，每台机器上的时钟不可能完全同步，也许有时候也会出现不是全局递增的情况。

而且这个项目在2010就停止维护了，但这个设计思路被很多厂家参考，应用于各个业务的ID生成器及变种。

8 UidGenerator

UidGenerator是百度开源的一款分布式高性能的唯一ID生成器，使用Java实现的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器。

在实现上, UidGenerator通过借用未来时间来解决sequence天然存在的并发限制; 采用RingBuffer来缓存已生成的UID, 并行化UID的生产和消费, 同时对CacheLine补齐，避免了由RingBuffer带来的硬件级「伪共享」问题. 最终单机QPS可达600万。

具体的GitHub地址如下：

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

9 Leaf

Leaf是美团开源的分布式ID生成器，能保证全局唯一性、趋势递增、单调递增、信息安全，同时也需要依赖关系数据库、Zookeeper等中间件。

美团技术社区有详细的说明，同时也对分布式ID生成有一些比较好的分析和建议：https://www.jb51.net/article/235968.htm

10 总结

个人觉得最好的是Redis方案和snowflake算法，无论是性能还是可用性程度上。另外各大厂也有自己的一些做法，比如百度的UidGenerator 和 美团的Leaf，

主要也是根据现有的方案进行优化和改造，达到比较契合他们自己业务的目标。

以上就是交互分布式系统下如何生成唯一序列的详细内容，更多关于交互分布式系统下的唯一序列的资料请关注脚本之家其它相关文章！