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[Java/数据库] UUID

发布时间 2023-09-04 21:55:14作者: 千千寰宇

1 UUID 概述

1.1 UUID的定义

  • UUID（Universally Unique IDentifier）全局唯一标识符，用于标识信息元素，是指在一台机器上生成的数字，它保证对在同一时空中的所有机器都是唯一的。

通常平台会提供生成的API。按照开发软件基金会(OSF)制定的标准计算，用到了以太网卡地址、纳秒级时间、芯片ID码和许多可能的数字

  • UUID是一种软件构建的标准，同时也为开放软件基金会组织在分布式计算环境领域的一部分。

  • UUID的作用是【让分布式系统中的所有元素，都能有唯一的辨识信息，而不需要通过中央控制端来做辨识信息的指定】。类似于我们的身份证是表明我们唯一身份的标识。如此一来，每个人都可以创建不与其它人冲突的UUID。在这样的情况下，就不需要考虑数据库创建时的名称重复问题。目前最广泛应用的UUID，是微软公司的全局唯一标识符(GUID Globally Unique IDentifier)，而其它重要的应用，则有Linux ext2/ext3文件系统，LUKS加密分区、GNOME、KDE、Mac OS X等等。

  • UUID的标准形式包含32个16进制数字，被分为5个组，以4-4-4-12的形式显示。

  • 当前日期和时间，UUID的第一个部分与时间有关，如果你在生成一个UUID之后，过几秒又生成一个UUID，则第一个部分不同，其余相同。
  • 时钟序列
  • 全局唯一的IEEE机器识别号，如果有网卡，从网卡MAC地址获得，没有网卡以其它方式获得

1.2 UUID的特点

  • UUID具有以下特点：
  • 唯一性：UUID的生成算法保证在同一时空中不会产生重复的ID，可以作为唯一标识符。
  • 不可预测性：UUID的生成算法是基于随机数的，不可预测，可以用于防止信息泄露。
  • 分布式：UUID的生成算法不依赖于中央管理机构，可以在分布式环境下使用。
    在分布式环境中，使用UUID作为唯一标识符有一定的优势，因为UUID的生成算法不依赖于中央管理机构，不会产生冲突，也不需要进行同步操作。
  • 长度较长（缺点）：UUID的唯一缺陷在于生成的结果串会比较长。

但是，UUID的缺点是生成的ID比较长，占用存储空间比较大，不适合作为索引或数据库主键。
标准的UUID格式为: XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX(8-4-4-4-12(32位))，其中每个X是0-9或者a-f范围内的一个十六进制的数字，可以从cflib下载CreateGUID() UDF记性转换。
简单的UUID可以通过ColdFusion中的CreateUUID()函数很简单生成格式为: XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXXXXXX(8-4-4-16)。

1.X 辨析：UUID(全局唯一标识符) vs. ID(数据库自增ID)

1.x.1 为什么UUID能够成为主键(Primary Key)？

其实在InnoDB存储引擎(Mysql)下，自增长的ID做主键性能已经达到了最佳。
不论是存储和读取速度都是最快的，而且占的存储空间也是最小的。
但是在我们实际的项目中会存在问题，历史数据表的主键id会与数据表的id重复，两张自增id做主键的表合并时，id一定会有冲突，但如果各自的id还关联了其他表，这就很不好操作了。
如果使用了UUID，生成的ID不仅是表独立的，而且还是库独立的。
对以后的数据操作很有好处，可以说是彻底解决了【历史数据】和【新数据】之间的冲突问题，这也是为什么UUID可以选择成为主键的原因，但是它也有缺点。

1.x.1 UUID的优点 vs. ID的缺点

  • UUID
    • 保证【全局唯一】：出现需要数据拆分、合并存储的时候，能够达到全局整体的唯一性
    • 支持在【分布式系统】中使用

原因：每个节点都可以生成自己的UUID，而不需要与其他节点协调。

  • ID
    • ID可能会出现【重复】的情况，尤其是在分布式系统中。
    • ID的生成顺序是递增的，这可能会导致某些行锁定，从而影响系统的【并发能力】。

1.x.2 UUID的缺点 vs ID的优点

  • UUID

    • UUID比ID更长，需要更多的存储空间。（1个UUID就占用32位/4byte)，一般会选择VARCHAR(36)，若你建的索引越多，影响越严重）
    • UUID生成的顺序是随机的，而ID生成的顺序是递增的。=> 这意味着: 在使用UUID作为主键时，数据表中的记录可能不会按照时间顺序排序，这可能会影响查询速度
    • 影响插入(INSERT)速度

  • ID

    • ID是一种自增长的整数，与UUID相比，ID更加【节省存储空间】（它只需要4个字节）
    • ID的生成顺序是递增的，这意味着：数据表中的记录可按照时间顺序排序，这有助于【提高查询速度】

2 UUID的使用

2.1 UUID与Java

  • UUID.randomUUID().toString()是 java (JDK 1.5以上的版本）提供的一个自动生成主键的方法，它生成的是以为32位的数字和字母组合的字符，中间还参杂着4个 - 符号。

作用：它可以作为数据库表的标识列来增加，比序列增长更加方便。当然还可以用来拼接作为路径，或者图片的前缀名等等。

  • Java中可以使用java.util.UUID类来生成UUID:

JDK 1.5 +

    @Test
    public void uuidTest(){
        //jdk1.5+
        UUID uuid = UUID.randomUUID();
        System.out.println(uuid.toString());
        // out: 5a0c3541-4be1-424f-bc4a-4addbcd62328
    }

2.2 UUID与MySQL

2.2.1 UUID做唯一主键的注意事项

  • 如果是主从即M-S模式，最好是不使用mysql自带函数UUID来生成唯一主键
  • 因为主表生成的UUID要再关联从表时：需要再去数据库查出这个UUID，需要多进行一次数据库交互，且在这个时间差里面主表很有可能还有数据生成，这样就很容易导致关联的UUID出错。
  • 如果真要使用UUID，可以在服务端中生成后，直接存储到DB里，这时主从的UUID就是一样的了。

2.2.2 UUID做为表主键的最佳实践方案

  • InnoDB引擎表是基于B+树的索引组织表

  • B+树: B+树是为磁盘或者其他直接存取辅助设备而设计的一种平衡查找树，在B+树中，所有记录节点都是按健值的大小顺序存放在同一层的叶节点中，各叶节点指针进行连接。

  • InnoDB主索引: 叶节点包含了完整的数据记录。这种索引叫做聚焦索引。InnoDB的索引能提供一种非常快速的主键查找性能。不过，它的辅助索引也会包含主键列，所以，如果主键定义的比较大，其他索引也将很大。如果想在表上定义很多索引，则争取尽量把主键定义得小一些。InnoDB不会压缩索引。

  • 聚焦索引这种实现方式使得按照主键的搜索十分高效，但是辅助索引需要检索两遍索引: 首先检索辅助索引获得主键，然后用主键道主索引中检索获得记录。

  • 方案：

如果InnoDB表的数据写入顺序能和B+树索引的叶子节点顺序一致的话，这时候存取效率是最高的。为了存储和查询性能应该使用自增长ID做主键。
对于InnoDB的主索引，数据会按照主键进行排序，由于UUID的无序性，InnoDB会产生巨大的IO压力，此时不适合使用UUID做物理主键，可以把它作为逻辑主键，物理主键依然使用自增ID。为了全局的唯一性，应该使用UUID做索引关联其他表或者做外键。

-- ID继续为主键, UUID为外键
CREATE TABLE `system_roles` (
  `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT "序号",
  `rid` VARCHAR(36) DEFAULT NULL COMMENT "角色UUID",
  `name` VARCHAR(64) DEFAULT NULL COMMENT "角色名",
  `describe` VARCHAR(64) DEFAULT NULL COMMENT "角色描述",
  `status` BOOLEAN DEFAULT true COMMENT "角色状态",
  `created_at` datetime DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
  `updated_at` datetime DEFAULT NULL COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  FOREIGN KEY (`rid`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

X 参考文献