分佈式id生成方案概述

時間 2019-11-07

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序

本文主要來聊聊分佈式id的生成方案。html

目標

業務系統須要什麼樣的ID生成器中提出了幾點目標：java

惟一性
時間相關
粗略有序
可反解
可製造

主要思路

對於每一個標識，都須要有一個命名空間（namespace），來保證其相對惟一性。
分佈式的ID生成，以Twitter Snowflake爲表明的， Flake 系列算法採用的就是劃分命名空間並行生成的思路。git

UUID

UUID(Universally Unique Identifier)的標準型式包含32個16進制數字(每一個字符0-F的字符表明4bit,共128bit)，以連字號分爲五段，形式爲8-4-4-4-12的32+4個字符。
好比bc96c351-bea3-4e53-b0a8-d9806763dd69。
主要的格式以下：github

時間戳＋UUID版本號，分三段佔16個字符(60bit+4bit)，
Clock Sequence號與保留字段，佔4個字符(13bit＋3bit)，
節點標識佔12個字符(48bit)，

version 4 基於隨機數的算法，也是JDK裏的算法，無論原來各個位的含義了，除了少數幾個位必須按規範填，其他所有用隨機數表達。算法

mongo object id

經過「時間+機器碼+pid+inc」共12個字節，經過4+3+2+3的方式最終標識成一個24長度的十六進制字符。ObjectId是一個12字節 BSON 類型數據，有如下格式：spring

4個字節表示的Unix timestamp
3個字節表示的機器的ID
2個字節表示的進程ID
3個字節表示的計數器

snow flake算法

個64 bits的惟一long型的ID，使用其中41bit做爲毫秒數，10bit做爲機器編號，12bit做爲毫秒內序列號。IdWorkermongodb

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)42  | worker id(10) | sequence(12)  |
+---------------+----------------+----------------+

id  = timestamp | workerid | sequence (eg. 1451063443347648410)

默認採用上圖字節分配方式：數據庫

第一位爲未使用，接下來的41位爲毫秒級時間(41位的長度可使用69年)
5位datacenterId和5位workerId(10位的長度最多支持部署1024個節點）
12位是毫秒內的計數（12位的計數順序號支持每一個節點每毫秒產生4096個ID序號）

snowflake生成的ID總體上按照時間自增排序，而且整個分佈式系統內不會產生ID碰撞（由datacenter和workerId做區分），而且效率較高。這個算法單機每秒內理論上最多能夠生成1000*(2^12)，也就是400W的ID。springboot

snow flake算法變種

Boundary flake

Boundary flakeID 長度擴展到 128 bits:架構

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)64  | worker id(48) | sequence(16)  |
+---------------+----------------+----------------+
id  = timestamp | workerid | sequence

最高 64 bits 時間戳;
而後是 48 bits 的 Worker 號 (和 Mac 地址同樣長);
最後是 16 bits 的 Seq Number

因爲它用 48 bits 做爲 Worker ID, 和 Mac 地址的長度同樣, 這樣啓動時不須要和 Zookeeper 通信獲取 Worker ID. 作到了徹底的去中心化
它這樣作的目的是用更多的 bits 實現更小的衝突機率, 這樣就支持更多的 Worker 同時工做. 同時, 每毫秒能分配出更多的 ID

Simple flake

simpleflake取消 Worker 號, 保留 41 bits 的 Timestamp, 同時把 sequence number 擴展到 22 bits

+---------------+----------------+
|timestamp(ms)42  | sequence(22) 
+---------------+----------------+
id  = timestamp | sequence

Simpleflake 的特色:

sequence number 徹底靠隨機產生 (這樣也致使了生成的 ID 可能出現重複)
沒有 Worker 號, 也就不須要和 Zookeeper 通信, 實現了徹底去中心化
Timestamp 保持和 Snowflake 一致, 從此能夠無縫升級到 Snowflake
缺點：
生成的 ID 重複的可能. 這個生成 ID 重複的機率隨着每秒生成的 ID 數的增加而增加。
每秒生成的 ID 不能太多 (最好小於 100次/秒, 若是大於 100次/秒的場景, Simpleflake 就不適用

百度惟一id

UidGenerator

+---------------+----------------+----------------+
|timestamp(ms)29  | worker id(22) | sequence(13)  |
+---------------+----------------+----------------+
id  = sign + delta seconds | workerid | sequence