ULID（Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier，通用唯一词典分类标识符）是一种用于生成全局唯一且可以 lexicographically（字典顺序）排序的标识符。它设计的目标是能够同时满足以下几个特点：不同标识符的选择取决于你的具体需求，例如是否需要时间排序、标识符的长度、碰撞概率的容忍度以及生成速度等。

ULID（Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier，通用唯一词典分类标识符）是一种用于生成全局唯一且可以 lexicographically（字典顺序）排序的标识符。它设计的目标是能够同时满足以下几个特点：

  1. 全局唯一性：ULID 生成的标识符具有足够的唯一性，能够在分布式系统中广泛应用，而无需担心碰撞。
  2. 时间排序：ULID 的标识符基于时间戳，并且这种标识符在 lexicographical 排序上是有序的，即按时间生成的 ULID 会按照时间顺序排列。
  3. 可读性和紧凑性：与 UUID（通用唯一标识符）相比，ULID 更加紧凑，并且使用 Base32 编码，使得它相对更易于阅读和传输。

ULID 的构成

ULID 由 128位（16字节）组成，通常被表示为 26 个字符的 Base32 编码字符串。它的构成如下：

  1. 48位时间戳：代表自1970年1月1日（Unix纪元）以来的毫秒数，时间戳的精度为毫秒。由于 ULID 使用的时间戳长度为48位，它的时间范围从 1970年到 2088年，因此适合大部分应用。
  2. 80位随机数：为了确保唯一性，ULID 中的剩余部分由随机数构成，通常使用高质量的随机数生成器来确保碰撞的概率极低。

ULID 的特点

1. 全局唯一性

ULID 是通过结合时间戳和随机数生成的。时间戳部分确保了 ID 随着时间的推进而递增，而随机数部分则使得不同的机器和不同的事件能够生成不同的 ID，确保了全局唯一性。

2. 时间排序

ULID 具有可排序性，即它的生成顺序与时间一致。因为时间戳占据了 ULID 的最前部分（48位），生成的 ULID 本身是按照生成时间递增排序的。这样，无论是存储、查询还是处理，按时间排序的 ULID 都能直接反映时间顺序，避免了后期排序操作。

3. 紧凑且可读

ULID 使用 Base32 编码来表示，字符集为 [0-9a-zA-Z]（不区分大小写），这使得 ULID 字符串相较于 UUID 更加紧凑，且不容易在 URL 或文件名中发生冲突。Base32 相比于 Base64 编码更具可读性，且更适合 URL 和文件系统使用。

4. 高效生成

ULID 可以通过多种方法高效生成，不依赖于中央服务器或全局协调，因此特别适合分布式系统。其生成过程是非常快速的，不会受到全局状态的影响。

5. 跨平台兼容性

ULID 是一个跨语言、跨平台的标准，可以在不同的编程语言和工具中进行实现。现有很多开源实现可以帮助开发者在各个环境中使用 ULID。

为什么使用 ULID？

  1. 需要全局唯一性：在分布式系统中，ULID 能确保每个生成的 ID 都是唯一的，避免了传统自增 ID 可能带来的冲突问题。

  2. 需要时间排序：在很多场景中，生成 ID 时如果能够根据时间顺序进行排序会极大地提高查询和存储的效率。比如，在日志系统、消息队列、数据库等应用中，ULID 可以直接按照生成时间进行排序，避免了额外的时间戳字段和排序操作。

  3. 需要紧凑易读的 ID：与 UUID 的 32个十六进制字符相比，ULID 的 26个 Base32 字符更为紧凑，且 Base32 编码使得其更适合在 URL 和文件路径中使用。

  4. 性能和效率：ULID 采用了高效的时间戳和随机数生成机制，在保证唯一性和排序的同时，生成过程非常快速，适用于高性能的分布式系统。

何时选择 ULID？

  • 日志系统：如果你需要生成时间有序的日志 ID，可以使用 ULID，它在排序和存储时具有天然的时间顺序。
  • 分布式系统：在分布式环境下，ULID 提供了高效的全局唯一性，避免了依赖中心化服务。
  • 数据库主键：ULID 可以作为数据库表的主键，提供唯一且可排序的标识符。
  • 消息队列：ULID 可用于生成消息 ID，并保持顺序，适合要求有时间排序特性的消息处理系统。

ULID 与 UUID 的对比

特性 ULID UUID
格式 26字符（Base32编码） 32字符（十六进制编码）
时间戳 毫秒级精度，48位时间戳 通常较低精度，时间戳在 UUID v1 中是可用的
可排序性 支持按时间排序 不支持按时间排序
冲突概率 极低（48位时间戳 + 80位随机数） 极低（128位随机数或时间戳）
适用场景 适合需要排序、时间敏感的分布式应用 适合全局唯一标识符，广泛使用于数据库等
可读性 更简洁、易读（Base32） 难以直接读取（十六进制）

总结

ULID 是一种现代化的全局唯一标识符，能够满足高性能分布式系统中的标识符需求，特别是在需要时间排序和全局唯一性的场景下。它的设计目标是保证唯一性、提高可读性，同时使生成过程高效且简单。相比于 UUID，ULID 的主要优势在于它天然支持按时间顺序排序，适合用于需要按时间顺序存储和查询的应用场景。

ULID（通用唯一词典分类标识符）和 UUID（通用唯一标识符）在多个维度上的对比：

特性 ULID UUID
全称 Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier Universally Unique Identifier
长度 128位（16字节） 128位（16字节）
表示格式 26个字符的字符串，基于Base32编码 32个字符的十六进制字符串
可排序性 可 lexicographically 排序（按字典顺序） 不支持 lexicographically 排序
时间精度 毫秒级精度（包含时间戳） 时间戳精度较低（通常为100纳秒级别）
时间范围 1970年1月1日到2088年8月17日 1582年到大约3400年之间
生成方式 由时间戳（48位） + 随机数（80位）组成 基于随机数或时间戳，版本有所不同
冲突概率 低（时间戳+随机数） 极低（128位的随机性）
应用场景 适合需要排序和时间敏感的分布式系统 适用于需要全局唯一性的标识符，广泛用于数据库、分布式系统等场景
标准化 ULID 是由社区提出并使用的标准，没有正式的国际标准 UUID 是由 IETF (RFC 4122) 标准化的
易于读写 可直接转换为易读的 Base32 字符串 十六进制字符串较为复杂，难以直接阅读
支持的版本 目前只有一种版本 多种版本（1、3、4、5等）
兼容性 兼容现有的 UUID 库和工具 广泛支持，几乎所有编程语言和库都支持
使用复杂度 相对简单，生成较为直接 版本众多，生成方式多样，使用时需要选择合适的版本

重点区别：

  1. 排序能力：

    • ULID：基于时间戳和随机数的组合，使得生成的ID在 lexicographical（字典顺序）上是可排序的。
    • UUID：默认的 UUID 格式不支持 lexicographical 排序，因此对于排序需求不如 ULID 方便。

  2. 时间精度和范围：

    • ULID：使用 48 位时间戳，精度达到毫秒级，适合时间敏感的应用。
    • UUID：UUID的时间精度通常较低，主要依赖系统时间或随机数生成，且时间跨度更大。

  3. 格式和可读性：

    • ULID：通过 Base32 编码使得 ID 更加紧凑且更容易转换为可读字符。
    • UUID：十六进制字符串格式，相对较长且难以直接阅读。

 ULID 更适合用于需要按时间排序的应用场景，而 UUID 更适用于通用的唯一标识符生成，特别是在不关心排序的情况下。

除了 ULID（通用唯一词典分类标识符），还有许多其他用于生成全局唯一标识符（UUID）或具有其他特定性质的标识符。常见的几种标识符包括：

1. UUID (Universally Unique Identifier)

  • 定义：UUID 是一种标准的标识符，常用于分布式系统、数据库中，以确保标识符的全局唯一性。

  • 格式：UUID 是一个 128 位的数字，通常以 32 个十六进制数字和 4 个连字符组成，形式如 xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx。

  • 版本：UUID 有多个版本，其中常见的包括：

    • UUID v1：基于时间戳和节点（通常是计算机的 MAC 地址）生成，因此它包含时间信息，按时间顺序可以排序，但可能暴露生成节点的信息。
    • UUID v4：基于随机数生成，完全没有时间和节点的依赖，主要依赖于随机数的唯一性。
    • UUID v3 和 v5：基于命名空间和哈希算法（MD5 和 SHA-1）生成，适合生成具有命名意义的唯一标识符。

  • 优缺点：

    • 优点：非常广泛使用，支持多种版本，几乎所有编程语言都有标准实现。
    • 缺点：不按时间排序，生成的 UUID 较长（32个十六进制字符），且在排序时效率较低。

2. Snowflake ID (雪花ID)

  • 定义：Snowflake 是由 Twitter 提出的一个分布式 ID 生成算法，旨在高效生成唯一的、具有时间排序特性的 ID。

  • 格式：生成的 Snowflake ID 是一个 64 位的整数。它由以下几个部分组成：

    • 时间戳（通常为毫秒级或微秒级）
    • 数据中心或机器 ID（确保不同机器生成的 ID 唯一）
    • 序列号（用于同一毫秒内生成多个 ID）

  • 优缺点：

    • 优点：具有时间排序性，可以高效地生成唯一 ID，适合分布式环境下的应用。
    • 缺点：生成器需要确保各节点的唯一性和时钟同步，复杂度相对较高。

3. KSUID (K-Sortable Unique Identifier)

  • 定义：KSUID 是一种可排序的唯一标识符，类似于 ULID，但它的时间戳精度更高（精确到秒），并且使用的是 Base62 编码。
  • 格式：KSUID 是一个 160 位的标识符，前 32 位是时间戳（秒级精度），后面的部分是随机生成的 128 位数据。
  • 优缺点：
    • 优点：与 ULID 类似，支持按时间排序，生成效率高，并且通过 Base62 编码使得标识符更紧凑。
    • 缺点：相比 ULID 和 UUID，KSUID 的支持较少，应用场景相对有限。

4. NanoID

  • 定义：NanoID 是一种非常轻量级的、随机生成的唯一标识符。它生成的标识符比 UUID 更短且更加紧凑，同时也保证了较低的碰撞概率。
  • 格式：NanoID 生成的标识符默认是 21 个字符长，支持自定义长度和字符集，默认使用 URL 安全的字符集。
  • 优缺点：
    • 优点：生成过程快速、简单，标识符紧凑，易于阅读，且支持自定义长度和字符集。
    • 缺点：不具备时间排序性，且与 UUID 一样，其唯一性依赖于随机数的质量和长度。

5. ObjectId (MongoDB ID)

  • 定义：ObjectId 是 MongoDB 中使用的默认标识符。它是一个 12 字节的二进制值，能够保证全局唯一性。
  • 格式：ObjectId 是一个 12 字节的二进制数据，通常以 24 位十六进制字符串表示。其结构包含了时间戳、机器标识符、进程 ID 和计数器，能够保证唯一性并且可以按时间排序。
    • 前 4 字节：当前时间戳（秒级）
    • 接下来的 5 字节：机器标识符（通常基于机器的 MAC 地址）
    • 接下来的 2 字节：进程 ID
    • 最后 3 字节：自增计数器
  • 优缺点：
    • 优点：与时间戳相关，支持按时间排序，且能够保证在不同机器、不同进程下的唯一性。
    • 缺点：生成过程依赖于机器标识符，可能暴露一些系统信息。

6. TimeUUID

  • 定义：TimeUUID 是一种基于时间戳的 UUID，通常由 UUID v1 生成。它包含了时间戳信息，因此可以按照时间顺序排序。
  • 格式：与 UUID v1 类似，TimeUUID 主要依赖时间戳生成，并且支持按时间顺序排序。
  • 优缺点：
    • 优点：能够按照时间顺序生成唯一标识符，适用于时间敏感的应用。
    • 缺点：可能暴露生成 UUID 的节点信息，不完全隐私安全。

7. CUID (Collision-resistant Unique Identifier)

  • 定义：CUID 是一个高效且碰撞概率极低的唯一标识符。它的设计目标是提供在多台机器和不同进程中生成唯一标识符的能力，并且它的生成速度非常快。
  • 格式：CUID 的生成通常基于时间戳、机器标识符、进程 ID、计数器等，类似于 ObjectId，但它的 ID 长度比 UUID 更短。
  • 优缺点：
    • 优点：生成快速且不容易碰撞，适用于高性能系统。
    • 缺点：生成的 ID 长度略长，且不具有时间排序的特性。

总结：不同标识符的适用场景

标识符类型 优点 适用场景
ULID 时间排序，紧凑，可排序的全局唯一标识符 分布式系统、时间敏感应用、日志系统
UUID 广泛支持，适用于各种应用，特别是需要全局唯一标识符的场景 通用应用，数据库主键，分布式系统
Snowflake ID 高效生成，具有时间排序性，适合大规模分布式系统 大规模分布式系统，消息队列，日志
KSUID 时间排序，紧凑，Base62 编码 分布式系统、排序要求较高的应用
NanoID 短小、灵活、生成速度快 Web 应用、API 服务、URL 短链
ObjectId 时间排序，嵌入系统信息，适用于 MongoDB MongoDB 数据库主键，日志系统
TimeUUID 时间排序，适用于时序数据 分布式存储、时间排序应用
CUID 高效且低碰撞，适用于高并发场景 高并发系统，快速生成唯一标识符

不同标识符的选择取决于你的具体需求，例如是否需要时间排序、标识符的长度、碰撞概率的容忍度以及生成速度等。

深入讨论这些标识符，我们可以从多个角度（例如性能、可扩展性、安全性等）进一步分析每种标识符的特点和适用情况。

详细比较与应用场景

1. ULID (Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier)

  • 特点：

    • 时间排序：ULID 的前 48 位是基于当前时间的 48 位时间戳，因此可以按时间排序。
    • Base32 编码：使用 URL 安全的 Base32 编码，这使得它比 UUID 更紧凑且易于阅读。
    • 高性能：生成速度很快，并且具有较低的碰撞概率。

  • 应用场景：

    • 时间敏感数据：ULID 特别适用于需要按时间排序的数据，如日志记录、事件驱动的架构和高频交易系统。
    • 分布式系统：它不仅保证了全局唯一性，而且提供了时间排序，这在分布式环境下非常有用，可以避免生成冲突并保持一定的顺序性。
    • 数据库主键：在使用数据库的系统中，ULID 可以作为高效的主键，尤其是在高吞吐量系统中，能显著提高写入性能。

2. UUID (Universally Unique Identifier)

  • 特点：

    • 标准化：UUID 是一种国际标准（ISO/IEC 11578:1996），被广泛应用，几乎所有的开发环境都支持。
    • 多版本：UUID 有多个版本（如 v1, v4），并且可以基于时间戳、随机数或命名空间生成。不同版本的 UUID 适用于不同的需求。
    • 全局唯一性：UUID 生成算法能确保标识符的唯一性，尤其适用于没有中心控制的分布式系统。

  • 应用场景：

    • 数据库系统：UUID 作为主键广泛应用于许多数据库中，特别是需要分布式标识符且不依赖数据库序列的场景。
    • 文件系统：UUID 常用于文件标识符，保证文件名称的唯一性。
    • API 或 Web 服务：UUID 用于生成用户 ID、请求 ID、会话 ID 等，适用于跨系统间的唯一标识需求。

3. Snowflake ID

  • 特点：

    • 高效生成：Snowflake ID 生成基于时间戳、机器 ID 和序列号的组合。由于序列号的存在，它可以保证在同一毫秒内生成多个唯一 ID。
    • 时间排序性：Snowflake ID 自带时间戳，因此具有自然的时间顺序，这使得它在排序和检索时特别高效。
    • 分布式生成：因为它使用机器 ID 和序列号，所以能够在多个节点上并发生成 ID，而不需要中心化的控制。

  • 应用场景：

    • 分布式系统：Snowflake ID 非常适用于需要跨多台机器生成唯一标识符的分布式环境，尤其是在大规模分布式系统中（如大数据处理平台、日志系统、分布式数据库）。
    • 消息队列与日志系统：由于它具有天然的时间排序特性，特别适合需要时间顺序的 ID 生成场景，例如 Kafka、日志收集等应用。

4. KSUID (K-Sortable Unique Identifier)

  • 特点：

    • 时间排序：与 ULID 类似，KSUID 也支持按时间排序，且时间戳的精度高达秒级。
    • Base62 编码：KSUID 使用 Base62 编码，使其更紧凑，适用于需要缩短标识符长度的应用。
    • 更强的碰撞避免：KSUID 内置了更强的随机性部分，以减少碰撞概率。

  • 应用场景：

    • 日志管理和事件追踪：由于 KSUID 的时间排序特性，适用于需要按时间顺序管理日志、事件的场景。
    • 分布式环境：特别适合在分布式环境中使用，保证不同节点生成的 ID 不会发生冲突，并且具有时间排序能力。

5. NanoID

  • 特点：

    • 短小灵活：NanoID 的标识符默认长度为 21 个字符，可以根据需求自定义长度，且字符集支持 URL 安全。
    • 高效性：NanoID 生成速度非常快，适用于需要高性能生成 ID 的场景。
    • 低碰撞概率：由于 NanoID 的设计，能够在相同字符集和长度下，提供非常低的碰撞概率。

  • 应用场景：

    • Web 开发：适用于 Web 开发中的短 URL、会话 ID、令牌生成等应用，因其生成速度快、标识符短小且可读性强。
    • API 请求 ID：在微服务架构中，使用 NanoID 可以生成轻量且唯一的请求 ID，方便追踪请求链路。
    • 数据标识符：如果系统中要求 ID 更短且易于传输、存储，NanoID 是一个非常好的选择。

6. ObjectId (MongoDB ID)

  • 特点：

    • 时间戳嵌入：ObjectId 的前 4 字节是时间戳，能够确保 ID 按时间顺序递增，因此适合按时间排序的场景。
    • 自动生成：在 MongoDB 中，每个文档默认生成一个 ObjectId，无需额外配置。
    • 独特性：通过机器标识符、进程 ID 和计数器的组合，保证了全球唯一性。

  • 应用场景：

    • MongoDB 数据库：ObjectId 是 MongoDB 默认的主键类型，广泛用于 MongoDB 数据库中的文档标识符。
    • 日志和事件存储：由于它包含时间戳，适合用于日志系统或事件存储系统。

7. TimeUUID

  • 特点：

    • 基于时间戳的 UUID：TimeUUID 是 UUID v1 的一种变种，包含了生成时间信息。
    • 时间排序：它的时间戳部分使得它可以按照生成的时间顺序进行排序。
    • 适用于时序数据：由于时间戳的嵌入，TimeUUID 特别适用于时序数据存储和时间敏感的应用。

  • 应用场景：

    • 时序数据库：如需要存储基于时间的日志、事件记录，TimeUUID 是一种非常好的选择。
    • 分布式系统的标识符：它可以确保分布式系统中的 ID 按时间顺序排列，适合用于日志、事件流等数据追踪。

8. CUID (Collision-resistant Unique Identifier)

  • 特点：

    • 防碰撞性强：CUID 生成的 ID 确保在高并发环境下几乎没有碰撞的概率。
    • 较短的长度：CUID 的长度相对较短，适用于需要生成大量 ID 且不依赖于时间顺序的场景。
    • 高效生成：CUID 生成速度非常快，适合用于需要高并发的应用。

  • 应用场景：

    • 高并发应用：如电子商务系统、广告平台等，需要在短时间内生成大量唯一标识符。
    • Web 应用：对于需要快速生成唯一 ID 的场景，CUID 是一个非常适合的解决方案，尤其是在 ID 无需排序的情况下。

 

在选择唯一标识符时，必须根据应用的需求来权衡各个选项的优缺点：

  • 如果你需要全局唯一的标识符且不介意较长的标识符：UUID 是最常见的选择，尤其适用于数据库主键、API 标识符等。
  • 如果你需要时间排序并且标识符较短：ULID 和 KSUID 都是不错的选择，它们不仅保证了全局唯一性，还具备时间排序的特点。
  • 如果你是大规模分布式系统的开发者：Snowflake ID 和 CUID 都非常适合用于高并发的 ID 生成。
  • 如果你需要短小的标识符：NanoID 是最轻量、灵活的解决方案，适用于 Web 开发和 API 请求。

每种标识符都有它的最佳使用场景，选择最合适的标识符可以帮助你优化系统的性能和可靠性。

 

posted @ 2024-11-26 18:45  suv789  阅读(15)  评论(0)  编辑  收藏  举报