对id的要求
业务
- 全局唯一性:不能出现重复的ID号,既然是唯一标识,这是最基本的要求。
- 信息安全:如果ID是连续的,恶意用户的扒取工作就非常容易做了,直接按照顺序下载指定URL即可;如果是订单号就更危险了,竞对可以直接知道我们一天的单量。所以在一些应用场景下,会需要ID无规则、不规则。
- 可读性
技术
- 趋势递增:在MySQL InnoDB引擎中使用的是聚集索引,由于多数RDBMS使用B-tree的数据结构来存储索引数据,在主键的选择上面我们应该尽量使用有序的主键保证写入性能。
- 单调递增:保证下一个ID一定大于上一个ID,例如事务版本号、IM增量消息、排序等特殊需求。
目前使用方式
uuid
满足全局唯一性,信息安全
可用于一些唯一性的标识,比如标识图片,但是不能用作数据库索引。
redis生成
满足全局唯一性,单调递增,可读性
通过 prefix + yyyyMMdd + sequence
这个格式生成id,其中sequence通过redis的incr命令生成。
public Long generate(String redisKeyPrefix, Integer sequenceLength){
String date = DATE_FORMATTER.format(LocalDateTime.now());
return Long.parseLong(date) * IntMath.pow(10,sequenceLength)+ stringIntegerRedisTemplate.opsForValue().increment(Joiner.on(":").join(Lists.newArrayList(redisKeyPrefix,date)),1);
}
可在内部项目使用,不能透出给外部第三方。
redis生成+hashIds
对内满足全局唯一性,单调递增,可读性
对外满足全局唯一性,信息安全
在之前方式的基础上,对外通过hashIds算法将id混淆,一种妥协的方式,混淆逻辑会增加工作量。
雪花算法
满足全局唯一性,趋势递增,可读性,信息安全
公司已有雪花服务,使用成本极低,完美解决方案。
雪花算法
雪花算法是由Twitter公布的分布式主键生成算法,它能够保证不同进程主键的不重复性,以及相同进程主键的有序性。
在同一个进程中,它首先是通过时间位保证不重复,如果时间相同则是通过序列位保证。 同时由于时间位是单调递增的,且各个服务器如果大体做了时间同步,那么生成的主键在分布式环境可以认为是总体有序的,这就保证了对索引字段的插入的高效性。例如MySQL的Innodb存储引擎的主键。
使用雪花算法生成的主键,二进制表示形式包含4部分,从高位到低位分表为:1bit符号位、41bit时间戳位、10bit工作进程位以及12bit序列号位。
- 符号位(1bit)
预留的符号位,恒为零。
- 时间戳位(41bit)
41位的时间戳可以容纳的毫秒数是2的41次幂,一年所使用的毫秒数是:365 * 24 * 60 * 60 * 1000
。通过计算可知:
Math.pow(2, 41) / (365 * 24 * 60 * 60 * 1000L);
结果约等于69.73年。ShardingSphere的雪花算法的时间纪元从2016年11月1日零点开始,可以使用到2086年,相信能满足绝大部分系统的要求。
- 工作进程位(10bit)
该标志在Java进程内是唯一的,如果是分布式应用部署应保证每个工作进程的id是不同的。该值默认为0,可通过属性设置。
- 序列号位(12bit)
该序列是用来在同一个毫秒内生成不同的ID。如果在这个毫秒内生成的数量超过4096(2的12次幂),那么生成器会等待到下个毫秒继续生成。
实现
基础算法
public class SnowFlake {
/**
* 起始的时间戳
*/
private final static long START_STMP = 1480166465631L;
/**
* 每一部分占用的位数
*/
private final static long SEQUENCE_BIT = 12; //序列号占用的位数
private final static long MACHINE_BIT = 5; //机器标识占用的位数
private final static long DATACENTER_BIT = 5;//数据中心占用的位数
/**
* 每一部分的最大值
*/
private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
/**
* 每一部分向左的位移
*/
private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;
private long datacenterId; //数据中心
private long machineId; //机器标识
private long sequence = 0L; //序列号
private long lastStmp = -1L;//上一次时间戳
public SnowFlake(long datacenterId, long machineId) {
if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
}
if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
}
this.datacenterId = datacenterId;
this.machineId = machineId;
}
/**
* 产生下一个ID
*
* @return
*/
public synchronized long nextId() {
long currStmp = getNewstmp();
if (currStmp < lastStmp) {
throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate id");
}
if (currStmp == lastStmp) {
//相同毫秒内,序列号自增
sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
//同一毫秒的序列数已经达到最大
if (sequence == 0L) {
currStmp = getNextMill();
}
} else {
//不同毫秒内,序列号置为0
sequence = 0L;
}
lastStmp = currStmp;
return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //时间戳部分
| datacenterId << DATACENTER_LEFT //数据中心部分
| machineId << MACHINE_LEFT //机器标识部分