分布式系统唯一ID详解(5大分布式ID方案)

分布式系统唯一ID简介

分布式系统唯一ID通常用于标识和区分不同的数据或实体，例如：数据库记录、消息、事务等。

分布式系统中确保唯一ID的生成是一个关键问题，因为在分布式环境中，多个节点并行生成ID可能导致重复。

 

分布式系统唯一ID的要求

如果要实现分布式唯一ID，必须要满足4大要求：

1.唯一性（Uniqueness）

首先，肯定必须满足唯一 的特性，生成的ID在整个分布式系统中必须是全局唯一的，以防止冲突和数据混乱。

2.高性能（High Performance）

其次，生成ID的性能必须要很快，慢了会影响用户体验，不应该成为系统的性能瓶颈，以确保系统的吞吐量和响应时间。

3.可排序性（Sortability）

最后是可递增的，因为有时候要求生成的ID按照时间有序，这在某些场景下是很重要的，例如：按时间顺序存储的日志等。

4.分布式（Distribution）

ID的生成需要在分布式环境下能够正常工作，不同节点生成的ID，也要保证唯一性。

 

分布式系统唯一ID的实现方案

分布式唯一ID的实现方案，主要就包含5类。

如下图所示：

 

1.UUID

UUID（Universally Unique Identifier）是一种全球唯一标识符，通常由128位的数字（16个字节）组成。

比如：

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

优点：

• 全球唯一性： 基于时间戳和随机数的组合，理论上在全球范围内唯一。
• 简单使用： 生成UUID的算法是开放的，且无需中心化管理，方便实现。

缺点：

• 长度较长： UUID通常是128位的，长度较长，可能导致存储空间的浪费。
• 可读性差： UUID通常是由数字和字母组成的十六进制字符串，不易识别，可读性相对较差。
• 不支持顺序： 由于UUID的生成算法中包含随机数，因此生成的UUID并不是有序的，这在某些场景下可能不利于排序操作。

 

2.数据库生成ID

数据库生成唯一ID，通常使用自增长列（Auto-increment）来实现。

CREATE TABLE your_table (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    -- other columns
);

优点：

实现简单，不需要手动管理ID的生成过程，由数据库自动维护。

 

缺点：

如果应用程序依赖于单个数据库，数据库的可用性问题可能导致ID生成问题。

ID生成依赖于数据库的实现，不容易在多种数据库系统之间迁移。

还有一个比较大的缺点，就是可用性，严重依赖单台数据库服务器。

 

3.Redis生成ID

在Redis中生成唯一ID，通常可以使用原子操作来保证生成的ID的唯一性。

优点：

1. 原子性操作： INCR命令是原子性的，保证了在高并发环境下也能够生成唯一的递增ID。
2. 简单易用： 实现简单，只需要调用Redis的INCR命令即可。
3. Redis是基于内存的高性能存储系统，生成ID的速度很快。

缺点：

使用这种方案需要依赖于Redis服务，如果Redis出现故障，可能会影响ID的生成。

 

4.利用zookeeper生成唯一ID

zookeeper主要通过其znode数据版本来生成序列号，当客户端在 ZooKeeper 上创建顺序节点时，ZooKeeper会为每个节点分配一个唯一的递增序列。

优点：

ZooKeeper是一个分布式协调服务，适用于分布式环境。

 

缺点：

使用这种方式需要依赖于 ZooKeeper 服务，如果 ZooKeeper 出现故障，可能会影响ID的生成。

相对于一些简单的ID生成方案，使用 ZooKeeper 实现可能较为复杂。

 

5.snowflake雪花算法生成ID

雪花算法（Snowflake Algorithm），是一种用于生成分布式系统中唯一ID的算法，由Twitter公司开发。

雪花算法生成的ID通常是一个64位的整数，如下图所示：

主要分为4大序号：

• 1位： 符号位，始终为0，表示正数。
• 41位： 时间戳，精确到毫秒级。
• 10位： 节点ID，用于标识不同的节点（机器）。
• 12位： 序列号，用于标识同一毫秒内产生的不同ID。

生成的ID，示例如下：

0 11010111011011110010110101001110101101101 001 110110100110

优点：

1. 唯一性： 雪花算法生成的ID在整个分布式系统内是唯一的。
2. 趋势递增： 生成的ID是趋势递增的，有利于数据库的索引性能。

 

缺点：

雪花算法依赖于系统时钟，如果时钟回拨，可能导致生成的ID不唯一，这是目前主要的缺点。

所以，尽量不要去回拨时钟，会造成ID不一致。

 

分布式系统唯一ID总结

选择分布式系统唯一ID的方案应根据具体场景需求来决定，UUID简单易用，但较长。

数据库生成ID简单，但可能成为瓶颈，Redis和Zookeeper都提供了分布式特性，但可能存在单点故障。

雪花算法在性能和唯一性方面都有不错的表现，雪花算法也是目前生成分布式唯一ID的主要实现方式，国内很多大厂都是使用该算法的变种。

作者简介

陈睿|mikechen，10年+大厂架构经验，BAT资深面试官，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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