高并发分布式系统中生成全局唯一Id汇总

数据在分片时,典型的是分库分表,就有一个全局ID生成的问题。

单纯的生成全局ID并不是什么难题,但是生成的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 twitter

twitter在把存储系统从MySQL迁移到Cassandra的过程中由于Cassandra没有顺序ID生成机制,于是自己开发了一套全局唯一ID生成服务:Snowflake。

1 41位的时间序列(精确到毫秒,41位的长度可以使用69年)

2 10位的机器标识(10位的长度最多支持部署1024个节点)

3 12位的计数顺序号(12位的计数顺序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:高性能,低延迟;独立的应用;按时间有序。 缺点:需要独立的开发和部署。

2 来自Flicker的解决方案

因为MySQL本身支持auto_increment操作,很自然地,我们会想到借助这个特性来实现这个功能。

Flicker在解决全局ID生成方案里就采用了MySQL自增长ID的机制(auto_increment + replace into + MyISAM)。一个生成64位ID方案具体就是这样的:

先创建单独的数据库(eg:ticket),然后创建一个表:

CREATE TABLE Tickets64 (

id bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,

stub char(1) NOT NULL default '',

PRIMARY KEY (id),

UNIQUE KEY stub (stub)

) ENGINE=MyISAM

当我们插入记录后,执行SELECT * from Tickets64,查询结果就是这样的:

+-------------------+------+

| id | stub |

+-------------------+------+

| 72157623227190423 | a |

+-------------------+------+

在我们的应用端需要做下面这两个操作,在一个事务会话里提交:

REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ('a');

SELECT LAST_INSERT_ID();

这样我们就能拿到不断增长且不重复的ID了。

到上面为止,我们只是在单台数据库上生成ID,从高可用角度考虑,接下来就要解决单点故障问题:Flicker启用了两台数据库服务器来生成ID,通过区分auto_increment的起始值和步长来生成奇偶数的ID。

TicketServer1:

auto-increment-increment = 2

auto-increment-offset = 1

TicketServer2:

auto-increment-increment = 2

auto-increment-offset = 2

最后,在客户端只需要通过轮询方式取ID就可以了。

优点:充分借助数据库的自增ID机制,提供高可靠性,生成的ID有序。

缺点:占用两个独立的MySQL实例,有些浪费资源,成本较高

三 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)

四 基于redis的分布式ID生成器

首先,要知道redis的EVAL,EVALSHA命令:

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;

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