分布式系统下的唯一序列

分布式系统中，全网唯一序列号

作用：保证在分布式系统下，不同业务模块的业务操作独立性和唯一性，并且可适用于高并发场景。

常见业务场景：全局订单Id，唯一标识的支付编号等。

唯一序列的特征：

　　全局唯一：确保生成的序列全局唯一，不可重复；

　　有序递增：确保生成的序列对某个用户或业务是按序递增，如事务版本号、IM增量消息、排序等特殊需求；

　　高可用性：确保生成的序列功能的高可用，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）；

　　时间标记：序列中有时间片段组成，可清晰识别出操作的时间。

分布式系统下的唯一序列的实现方案

1、UUID

UUID（Universally Unique Identifier）的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为8-4-4-4-12的36个字符，示例：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

生成方式：

（1）UUID工具包

Maven依赖：

<dependency>
  <groupId>com.fasterxml.uuid</groupId>
  <artifactId>java-uuid-generator</artifactId>
  <version>4.0</version>
</dependency>

使用示例：

//UUID Version 1：基于时间的UUID（全球唯一）
UUID uuid1 = Generators.timeBasedGenerator().generate();

//UUID Version 3：基于名字的UUID（相关名字重复）
UUID uuid3 = Generators.nameBasedGenerator().generate("sai");

//UUID Version 4：随机UUID（java自带版本，极小概率重复）
UUID uuid4 = Generators.randomBasedGenerator().generate();

（2）Java的UUID工具类

import java.util.UUID;

public class JavaUUIDTest {

    public static void main(String[] args) {

        //未加工的UUID
        String preUuid = UUID.randomUUID().toString();
        System.out.println(preUuid);

        //第一种方法生成UUID，去掉“-”符号
        System.out.println(UUID.randomUUID().toString().replace("-", ""));

        //未加工的UUID
        String preUuid2 = UUID.randomUUID().toString();
        System.out.println(preUuid2);
        //第二种生成UUID的方法，去掉“-”符号
        String changUuid = preUuid2.substring(0,8)+preUuid2.substring(9,13)+preUuid2.substring(14,18)+preUuid2.substring(19,23)+preUuid2.substring(24);

        System.out.println(changUuid);
    }
}

优点：本地生成，无网络消耗，性能非常高。

缺点：太长不易于存储；无时间标识；数据可读性差；不能有序递增；基于MAC地址生成，可能造成MAC地址泄露。

2、数据库生成

数据库设置主键自增：

　　MySQL：auto_increment

　　Oracle：自增序列+触发器

优点：操作简单，明显可控，有序自增。

缺点：依赖数据库，不适于高并发。

3、系统时间戳

生成方式：当前系统时间（精确到毫秒数或时间戳）+业务属性+用户属性+随机数+...等参数组合形式。

例如：　　滴滴：时间+起点编号+车牌号 　　　　淘宝订单：时间戳+用户ID

可保证唯一性，不能保证有序性。

4、Redis生成唯一序列

使用Redis的String类型，及原子操作 incr/decr key 来实现，保证生成系列唯一有序。

incr/decr key // 自增减 1
incrby/decrby key increment  // 自增减指定数值
incrbyfloat/decrbyfloat key increment  // 自增减浮点数 

优点：有序自增；不依赖于数据库，灵活方便，性能优于数据库。

缺点：增加Redis维护成本（编码、配置等），高并发时需设置Redis集群。

另外，利用zookeeper的znode数据版本来生成序列号 和 MongoDB的ObjectId 性能不如Redis。

5、snowflake（雪花算法）

生成方式：通过把 64bit 分别划分成 41bit 时间戳、10bit 工作机器id、12bit 序列号 的不同的命名空间生成序列id。

• 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。

优点：

• 毫秒数在高位，自增序列在低位，整个ID趋势递增。
• 不依赖数据库等第三方系统，以服务的方式部署，稳定性更高，生成ID的性能非常高。
• 可根据自身业务特性分配bit位，非常灵活。

缺点：强依赖机器时钟，若机器上时钟回拨，会导致发号重复或服务不可用。

6、UidGenerator

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

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

7、Leaf

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。

美团技术社区详情说明：https://tech.meituan.com/2017/04/21/mt-leaf.html

参考：https://www.cnblogs.com/wzh2010/p/15642421.html

https://www.cnblogs.com/shoshana-kong/p/13854524.html