面試官：分庫分表后如何生成全局 ID？

發(fā)布時間：2024-01-24 14:02:50

1.UUID 作為全局 ID

UUID（Universally Unique Identifier）是一種全局唯一標(biāo)識符，它保證在空間和時間上的唯一性。通常由 128 位的數(shù)字組成，采用 32 位的十六進(jìn)制數(shù)表示，格式為 8-4-4-4-12 這樣的 36 個字符（32 個字母數(shù)字字符和 4 個短橫線），例如 550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。UUID 在 Java 中的實現(xiàn)如下：

什么是UUID？UUID全稱：Universally Unique Identifier，即通用唯一識別碼。UUID是由一組32位數(shù)的16進(jìn)制數(shù)字所構(gòu)成，是故UUID理論上的總數(shù)為16^32 = 2^128，約等于3.4 x 10^38。也就是說若每納秒產(chǎn)生1兆個UUID，要花100億年才會將所有UUID用完。UUID的標(biāo)準(zhǔn)型式包含32個16進(jìn)制數(shù)字，以連字號分為五段，形式為8-4-4-4-12的32個字符，如：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。UUID的作用UUID的是讓分布式系統(tǒng)中的所有元素都能有唯一的辨識信息，而不需要通過中央控制端來做辨識信息的指定。如此一來，每個人都可以創(chuàng)建不與其它人沖突的UUID。在這樣的情況下，就不需考慮數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建時的名稱重復(fù)問題。目前最廣泛應(yīng)用的UUID，是微軟公司的全局唯一標(biāo)識符（GUID），而其他重要的應(yīng)用，則有Linux ext2/ext3文件系統(tǒng)、LUKS加密分區(qū)、GNOME、KDE、Mac OS X等等。

UUID 存在的問題

雖然 UUID 可以保證全局唯一，但并不推薦使用 UUID 來作為分庫分表后的主鍵 ID，因為 UUID 有兩個問題：

UUID 太長，且生成效率較低。
UUID 沒有任何業(yè)務(wù)含義，不連續(xù)且沒有任何順序可言。

UUID的組成UUID是指在一臺機(jī)器上生成的數(shù)字，它保證對在同一時空中的所有機(jī)器都是唯一的。通常平臺會提供生成的API。按照開放軟件基金會(OSF)制定的標(biāo)準(zhǔn)計算，用到了以太網(wǎng)卡地址、納秒級時間、芯片ID碼和許多可能的數(shù)字。UUID由以下幾部分的組合：當(dāng)前日期和時間，UUID的第一個部分與時間有關(guān)，如果你在生成一個UUID之后，過幾秒又生成一個UUID，則第一個部分不同，其余相同。時鐘序列。全局唯一的IEEE機(jī)器識別號，如果有網(wǎng)卡，從網(wǎng)卡MAC地址獲得，沒有網(wǎng)卡以其他方式獲得。UUID的唯一缺陷在于生成的結(jié)果串會比較長。關(guān)于UUID這個標(biāo)準(zhǔn)使用最普遍的是微軟的GUID(Globals Unique Identifiers)。

2.雪花 ID 作為全局 ID

雪花 ID（Snowflake ID）是一個用于分布式系統(tǒng)中生成唯一 ID 的算法，由 Twitter 公司提出。它的設(shè)計目標(biāo)是在分布式環(huán)境下高效地生成全局唯一的 ID，具有一定的有序性。雪花 ID 的結(jié)構(gòu)如下所示（共 64 位）：

這四部分代表的含義：

符號位：最高位是符號位，始終為 0，1 表示負(fù)數(shù)，0 表示正數(shù)，ID 都是正整數(shù)，所以固定為 0。
時間戳部分：由 41 位組成，精確到毫秒級?？梢允褂迷?41 位表示的時間戳來表示的時間可以使用 69 年。
節(jié)點 ID 部分：由 10 位組成，用于表示機(jī)器節(jié)點的唯一標(biāo)識符。在同一毫秒內(nèi)，不同的節(jié)點生成的 ID 會有所不同。
序列號部分：由 12 位組成，用于標(biāo)識同一毫秒內(nèi)生成的不同 ID 序列。在同一毫秒內(nèi)，可以生成 4096 個不同的 ID。

Java 版雪花算法實現(xiàn)

接下來，我們來實現(xiàn)一個 Java 版的雪花算法：

public class SnowflakeIdGenerator {
    // 定義雪花 ID 的各部分位數(shù)    private static final long TIMESTAMP_BITS = 41L;    private static final long NODE_ID_BITS = 10L;    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L;    // 定義起始時間戳（可根據(jù)實際情況調(diào)整）    private static final long EPOCH = 1609459200000L;    // 定義最大取值范圍    private static final long MAX_NODE_ID = (1L << NODE_ID_BITS) - 1;    private static final long MAX_SEQUENCE = (1L << SEQUENCE_BITS) - 1;    // 定義偏移量    private static final long TIMESTAMP_SHIFT = NODE_ID_BITS + SEQUENCE_BITS;    private static final long NODE_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS;    private final long nodeId;    private long lastTimestamp = -1L;    private long sequence = 0L;    public SnowflakeIdGenerator(long nodeId) {        if (nodeId < 0 || nodeId > MAX_NODE_ID) {            throw new IllegalArgumentException("Invalid node ID");        }        this.nodeId = nodeId;    }    public synchronized long generateId() {        long currentTimestamp = timestamp();        if (currentTimestamp < lastTimestamp) {            throw new IllegalStateException("Clock moved backwards");        }        if (currentTimestamp == lastTimestamp) {            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;            if (sequence == 0) {                currentTimestamp = untilNextMillis(lastTimestamp);            }        } else {            sequence = 0L;        }        lastTimestamp = currentTimestamp;        return ((currentTimestamp - EPOCH) << TIMESTAMP_SHIFT) |        (nodeId << NODE_ID_SHIFT) |        sequence;    }    private long timestamp() {        return System.currentTimeMillis();    }    private long untilNextMillis(long lastTimestamp) {        long currentTimestamp = timestamp();        while (currentTimestamp <= lastTimestamp) {            currentTimestamp = timestamp();        }        return currentTimestamp;    }}

調(diào)用代碼如下：

public class Main {    public static void main(String[] args) {        // 創(chuàng)建一個雪花 ID 生成器實例，傳入節(jié)點 ID        SnowflakeIdGenerator idGenerator = new SnowflakeIdGenerator(1);        // 生成 ID        long id = idGenerator.generateId();        System.out.println(id);    }}