高并發(fā)分布式系統(tǒng)中生成全局唯一Id匯總

數(shù)據(jù)在分片時,典型的是分庫分表膏斤,就有一個全局ID生成的問題盅惜。

單純的生成全局ID并不是什么難題中剩,但是生成的ID通常要滿足分片的一些要求:

1 不能有單點(diǎn)故障。

2 以時間為序酷窥,或者ID里包含時間咽安。這樣一是可以少一個索引,二是冷熱數(shù)據(jù)容易分離蓬推。

3 可以控制ShardingId妆棒。比如某一個用戶的文章要放在同一個分片內(nèi),這樣查詢效率高沸伏,修改也容易糕珊。

4 不要太長,最好64bit毅糟。使用long比較好操作红选,如果是96bit,那就要各種移位相當(dāng)?shù)牟环奖隳妨恚€有可能有些組件不能支持這么大的ID喇肋。

一 twitter

twitter在把存儲系統(tǒng)從MySQL遷移到Cassandra的過程中由于Cassandra沒有順序ID生成機(jī)制,于是自己開發(fā)了一套全局唯一ID生成服務(wù):Snowflake迹辐。

1 41位的時間序列(精確到毫秒蝶防,41位的長度可以使用69年)

2 10位的機(jī)器標(biāo)識(10位的長度最多支持部署1024個節(jié)點(diǎn))

3 12位的計(jì)數(shù)順序號(12位的計(jì)數(shù)順序號支持每個節(jié)點(diǎn)每毫秒產(chǎn)生4096個ID序號) 最高位是符號位,始終為0明吩。

優(yōu)點(diǎn):高性能间学,低延遲;獨(dú)立的應(yīng)用印荔;按時間有序低葫。 缺點(diǎn):需要獨(dú)立的開發(fā)和部署。

2 來自Flicker的解決方案

因?yàn)镸ySQL本身支持auto_increment操作仍律,很自然地嘿悬,我們會想到借助這個特性來實(shí)現(xiàn)這個功能。

Flicker在解決全局ID生成方案里就采用了MySQL自增長ID的機(jī)制(auto_increment + replace into + MyISAM)水泉。一個生成64位ID方案具體就是這樣的:

先創(chuàng)建單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(eg:ticket)善涨,然后創(chuàng)建一個表:

CREATE TABLE Tickets64 (

id bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,

stub char(1) NOT NULL default '',

PRIMARY KEY (id),

UNIQUE KEY stub (stub)

) ENGINE=MyISAM

當(dāng)我們插入記錄后主到,執(zhí)行SELECT * from Tickets64,查詢結(jié)果就是這樣的:

+-------------------+------+

| id | stub |

+-------------------+------+

| 72157623227190423 | a |

+-------------------+------+

在我們的應(yīng)用端需要做下面這兩個操作躯概,在一個事務(wù)會話里提交:

REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ('a');

SELECT LAST_INSERT_ID();

這樣我們就能拿到不斷增長且不重復(fù)的ID了。

到上面為止畔师,我們只是在單臺數(shù)據(jù)庫上生成ID娶靡,從高可用角度考慮,接下來就要解決單點(diǎn)故障問題:Flicker啟用了兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器來生成ID看锉,通過區(qū)分auto_increment的起始值和步長來生成奇偶數(shù)的ID姿锭。

TicketServer1:

auto-increment-increment = 2

auto-increment-offset = 1

TicketServer2:

auto-increment-increment = 2

auto-increment-offset = 2

最后,在客戶端只需要通過輪詢方式取ID就可以了伯铣。

優(yōu)點(diǎn):充分借助數(shù)據(jù)庫的自增ID機(jī)制呻此,提供高可靠性,生成的ID有序腔寡。

缺點(diǎn):占用兩個獨(dú)立的MySQL實(shí)例焚鲜,有些浪費(fèi)資源,成本較高

三 UUID

UUID生成的是length=32的16進(jìn)制格式的字符串放前,如果回退為byte數(shù)組共16個byte元素忿磅,即UUID是一個128bit長的數(shù)字,

一般用16進(jìn)制表示凭语。

算法的核心思想是結(jié)合機(jī)器的網(wǎng)卡葱她、當(dāng)?shù)貢r間、一個隨即數(shù)來生成UUID似扔。

從理論上講吨些,如果一臺機(jī)器每秒產(chǎn)生10000000個GUID,則可以保證(概率意義上)3240年不重復(fù)

優(yōu)點(diǎn):

(1)本地生成ID炒辉,不需要進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用豪墅,時延低

(2)擴(kuò)展性好,基本可以認(rèn)為沒有性能上限

缺點(diǎn):

(1)無法保證趨勢遞增

(2)uuid過長辆脸,往往用字符串表示但校,作為主鍵建立索引查詢效率低,常見優(yōu)化方案為“轉(zhuǎn)化為兩個uint64整數(shù)存儲”或者“折半存儲”(折半后不能保證唯一性)

四 基于redis的分布式ID生成器

首先啡氢,要知道redis的EVAL状囱,EVALSHA命令:

原理

利用redis的lua腳本執(zhí)行功能,在每個節(jié)點(diǎn)上通過lua腳本生成唯一ID倘是。

生成的ID是64位的:

使用41 bit來存放時間亭枷,精確到毫秒,可以使用41年搀崭。

使用12 bit來存放邏輯分片ID叨粘,最大分片ID是4095

使用10 bit來存放自增長ID猾编,意味著每個節(jié)點(diǎn),每毫秒最多可以生成1024個ID

比如GTM時間 Fri Mar 13 10:00:00 CST 2015 升敲,它的距1970年的毫秒數(shù)是 1426212000000答倡,假定分片ID是53,自增長序列是4驴党,則生成的ID是:

5981966696448054276 = 1426212000000 << 22 + 53 << 10 + 41

redis提供了TIME命令瘪撇,可以取得redis服務(wù)器上的秒數(shù)和微秒數(shù)。因些lua腳本返回的是一個四元組港庄。

second, microSecond, partition, seq

客戶端要自己處理倔既,生成最終ID。

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

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