全局唯一性ID生成方法小结

全局ID通常要满足分片的一些要求：
1 不能有单点故障。
2 以时间为序，或者ID里包含时间。这样一是可以少一个索引，二是冷热数据容易分离。
3 可以控制ShardingId。比如某一个用户的文章要放在同一个分片内，这样查询效率高，修改也容易。
4 不要太长，最好64bit。使用long比较好操作，如果是96bit，那就要各种移位相当的不方便，还有可能有些组件不能支持这么大的ID。

一、UUID

UUID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。
算法的核心思想是结合机器的网卡、当地时间、一个随即数来生成UUID。
从理论上讲，如果一台机器每秒产生10000000个GUID，则可以保证（概率意义上）3240年不重复
优点：
（1）本地生成ID，不需要进行远程调用，时延低
（2）扩展性好，基本可以认为没有性能上限
缺点：
（1）无法保证趋势递增
（2）uuid过长，往往用字符串表示，作为主键建立索引查询效率低，常见优化方案为“转化为两个uint64整数存储”或者“折半存储”（折半后不能保证唯一性）

二、基于redis的分布式ID生成器

原理
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
比如GTM时间 Fri Mar 13 10:00:00 CST 2015 ，它的距1970年的毫秒数是 1426212000000，假定分片ID是53，自增长序列是4，则生成的ID是：
5981966696448054276 = 1426212000000 << 22 + 53 << 10 + 41
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;

三、MongoDB文档（Document）全局唯一ID

为了考虑分布式，“_id”要求不同的机器都能用全局唯一的同种方法方便的生成它。因此不能使用自增主键（需要多台服务器进行同步，既费时又费力），
因此选用了生成ObjectId对象的方法。

ObjectId使用12字节的存储空间，其生成方式如下：
|0|1|2|3|4|5|6 |7|8|9|10|11|
|时间戳 |机器ID|PID|计数器 |

前四个字节时间戳是从标准纪元开始的时间戳，单位为秒，有如下特性：
1）时间戳与后边5个字节一块，保证秒级别的唯一性；
2）保证插入顺序大致按时间排序；
3）隐含了文档创建时间；
4）时间戳的实际值并不重要，不需要对服务器之间的时间进行同步（因为加上机器ID和进程ID已保证此值唯一，唯一性是ObjectId的最终诉求）。
机器ID是服务器主机标识，通常是机器主机名的散列值。
同一台机器上可以运行多个mongod实例，因此也需要加入进程标识符PID。
前9个字节保证了同一秒钟不同机器不同进程产生的ObjectId的唯一性。后三个字节是一个自动增加的计数器（一个mongod进程需要一个全局的计数器），保证同一秒的ObjectId是唯一的。同一秒钟最多允许每个进程拥有（256^3 = 16777216）个不同的ObjectId。

总结一下：时间戳保证秒级唯一，机器ID保证设计时考虑分布式，避免时钟同步，PID保证同一台服务器运行多个mongod实例时的唯一性，最后的计数器保证同一秒内的唯一性（选用几个字节既要考虑存储的经济性，也要考虑并发性能的上限）。
"_id"既可以在服务器端生成也可以在客户端生成，在客户端生成可以降低服务器端的压力。

四、自定义32位GUID

原理：14位的当前系统时间(格式为：yyyyMMddHHmmss) + 当前电脑的IP地址的最后两位 + 当前线程的hashCode的前9位 + 7位的随机数

/**
 * GUID构造器
 * 32位：14位当前系统时间(yyyyMMddHHmmss) + 当前电脑的IP地址的最后两位 + 当前线程的hashCode的前9位 + 7位的随机数
 * 19位：12位当前系统时间(yyMMddHHmmss) + 当前线程的hashCode的前3位 + 4位的随机数
 * @author Administrator
 * @create 2018-03-17 14:35
 */
public class UniqId {
    private static UniqId me = new UniqId();
    private String hostAddr;
    private final Random random = new SecureRandom();
    private final UniqTimer timer = new UniqTimer();

    private boolean isOutputInfo = false;

    private UniqId() {
        try {
            final InetAddress addr = InetAddress.getLocalHost();
            hostAddr = addr.getHostAddress();
        }catch (final IOException e) {
            System.err.println("[UniqID] Get HostAddr Error"+e);
            hostAddr = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
        }
        if (null == hostAddr || hostAddr.trim().length() == 0 || "127.0.0.1".equals(hostAddr)) {
            hostAddr = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
        }
        hostAddr = hostAddr.substring(hostAddr.length()-2).replace(".", "0");
        if(isOutputInfo){
            System.out.println("[UniqID]hostAddr is:" + hostAddr + "----length:"+hostAddr.length());
        }
    }


    /**
     * 获取UniqID实例
     * @return UniqId
     */
    public static UniqId getInstance() {
        me.isOutputInfo = false;
        return me;
    }

    /**
     * 获取UniqID实例
     * @return UniqId
     */
    public static UniqId getInstanceWithLog() {
        me.isOutputInfo = true;
        return me;
    }


    /**
     * 获得不会重复的毫秒数
     *
     * @return 不会重复的时间
     */
    public String getUniqTime() {
        String time = timer.getCurrentTime();
        if(isOutputInfo){
            System.out.println("[UniqID.getUniqTime]" + time +"----length:"+ time.length());
        }
        return time;
    }

    public String getUniqTime2() {
        String time = timer.getCurrentTime2();
        if(isOutputInfo){
            System.out.println("[UniqID.getUniqTime]" + time +"----length:"+ time.length());
        }
        return time;
    }

    /**
     * 获得UniqId
     *
     * @return uniqTime-randomNum-hostAddr-threadId
     */
    public String get32UniqID() {
        final StringBuffer sb = new StringBuffer();
        final String t = getUniqTime();
        int randomNumber = random.nextInt(8999999) + 1000000;
        sb.append(t);
        sb.append(hostAddr);
        sb.append(getUniqThreadCode());
        sb.append(randomNumber);
        if (isOutputInfo) {
            System.out.println("[UniqID.randomNumber]" + randomNumber+"----length:"+String.valueOf(randomNumber).length());
            System.out.println("[UniqID.getUniqID]" + sb.toString()+"----length:"+String.valueOf(sb).length());
        }
        return sb.toString();
    }

    /**
     * 获取19位GUID 不考虑分布式
     * @return
     */
    public Long get19UniqID() {
        final StringBuffer sb = new StringBuffer();
        final String t = getUniqTime2();
        int randomNumber = random.nextInt(8999) + 1000;
        sb.append(t);
        sb.append(getUniqThreadCode2());
        sb.append(randomNumber);
        return Long.parseLong(sb.toString());
    }

    public String getUniqThreadCode(){
        String threadCode = StringUtils.left(String.valueOf(Thread.currentThread().hashCode()),9);
        if (isOutputInfo) {
            System.out.println("[UniqID.getUniqThreadCode]" +threadCode+"----length:"+threadCode.length());
        }
        return StringUtils.leftPad(threadCode, 9, "0");
    }

    public String getUniqThreadCode2(){
        String threadCode = StringUtils.left(String.valueOf(Thread.currentThread().hashCode()),9);
        if (isOutputInfo) {
            System.out.println("[UniqID.getUniqThreadCode]" +threadCode+"----length:"+threadCode.length());
        }
        return StringUtils.leftPad(threadCode, 9, "0").substring(6);
    }

    /**
     * 实现不重复的时间
     */
    private class UniqTimer {
        private final AtomicLong lastTime = new AtomicLong(System.currentTimeMillis());
        public String getCurrentTime() {
            if(!timestamp2Date(this.lastTime.incrementAndGet()).equals(timestamp2Date(System.currentTimeMillis()))){
                lastTime.set(System.currentTimeMillis()+random.nextInt(10000));
            }
            return timestamp2Datetimes(this.lastTime.incrementAndGet());
        }

        public String getCurrentTime2() {
            if(!timestamp2Date(this.lastTime.incrementAndGet()).equals(timestamp2Date(System.currentTimeMillis()))){
                lastTime.set(System.currentTimeMillis()+random.nextInt(10000));
            }
            return timestamp2Datetimes2(this.lastTime.incrementAndGet());
        }
    }

    /**
     * 规范化日期，规范成yyyy-MM-dd
     * @param timestamp
     * @return
     */
    public static String timestamp2Date(long timestamp){
        SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
        return dateFormat.format(new Date(timestamp * 1000));
    }

    private static String timestamp2Datetimes(long timestamp){
        SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyyMMddHHmmss");
        return dateFormat.format(new Date(timestamp));
    }

    private static String timestamp2Datetimes2(long timestamp){
        SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyMMddHHmmss");
        return dateFormat.format(new Date(timestamp));
    }

}