常见的全局 ID 生成方案

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全局 ID 在分布式场景中很常见，主要目的是为了唯一标识某一事物。例如要标识一位用户，若是采用数据库自增主键作为用户 ID，遇到分库分表这样的场景，就可能会造成用户 ID 冲突的情况。现在主流的全局 ID 的方案主要有着如下这些：

UUID
雪花 ID
基于 Redis/ZooKeeper 进行生成

1 UUID

1.1 什么是 UUID？

UUID 是一种 128 位的全局唯一标识符，广泛应用于分布式系统中，确保 ID 的全局唯一性，UUID 的生成基于算法，因此可以在不同设备、不同系统上独立生成。

1.2 UUID 的结构

UUID 通常表示为 32 个十六进制字符，中间使用连字符分为 5 组，格式如下：

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

x：十六进制字符（0-9 和 a-f）。

M：表示 UUID 的版本号（1-5）。

N：前两位表示 UUID 的变种（variant）。

例如：e4cc3d44-3b3a-4f6a-855c-62f2a87f27aa

UUID 因为有着 6 或 7 位用于决定 UUID 的版本和变种，所以 UUID 的随机性往往由剩下的 122 位决定。

1.3 UUID 的优缺点

UUID 有着不同的版本，不同版本的优缺点亦不相同，这里以目前用的最多的 v4 版本为例：

优点：

UUID 的随机性依赖于其生成算法和随机数源，122 位的随机数组合提供了 2^122 种可能性，可以说，不会出现冲突的可能。
无需依赖任何外部的配置，完全的去中心化。

缺点：

128 位的长度较大，增加了储存的成本。
因为是完全随机，不能基于 UUID 进行排序，若是作为数据库的主键，会导致查询效率较低。

1.4 UUID 使用实例

Java 原生库中就有着 UUID 的工具类，使用起来非常简单：

UUID uuid = UUID.randomUUID();
System.out.println(uuid);

2 雪花 ID

2.1 什么是雪花 ID？

雪花 ID 是由 Twitter 提出的一个分布式唯一 ID 生成算法，能够在不依赖中心化的服务的情况下，在分布式系统中生成全局唯一且递增的 64 位 ID。它的核心特点是生成的 ID 可以按照时间顺序排序，同时避免了在高并发场景下的冲突。

2.2 雪花 ID 的结构

雪花 ID 总共是 64 位：

1 位：符号位，始终为 0。
41 位：时间戳（毫秒精度），从某个固定的时间点开始计算。
10 位：机器 ID，标识生成雪花 ID 的机器。
12 位：序列号，通过递增的方式，用于同一机器、同一毫秒，生成不同的雪花 ID。

2.3 雪花 ID 的优缺点

优点：

高效生成：因为无需依赖网络或数据库，且算法相对简单，在高并发下亦能快速生成。
一定的有序性：因为高位为时间戳，对于同一机器生成的雪花 ID 可基于时间顺序进行排序。
去中心化：不依赖中心服务，无需集中协调。
节省储存空间：雪花 ID 为 64 位整数，占用空间相对较小。

缺点：

依赖于机器：因为有着机器 ID，所以雪花 ID 的生成依赖于机器。
时钟回拨问题：如果系统时间发生回退，可能会导致雪花 ID 的重复或是不按预期进行排序。

雪花 ID 如何解决时钟回拨问题？

等待模式：检测到时钟回拨时，雪花 ID 生成器进入到等待状态，直到系统时间回到回拨之前的状态。
递增序列号：为每个时刻生成的雪花 ID 分配一个递增的序列号，当检测到时钟回拨时，获取到序列号最大的雪花 ID 的时间戳，基于该时间戳进行适当调整后继续生成新的雪花 ID。

2.4 雪花 ID 使用实例

基于 hutool 工具包，封装一个雪花 ID 生成器，用于生成全局唯一的用户 ID：

import cn.hutool.core.lang.Snowflake;

public class SnowflakeIdGenerator {
    // Snowflake ID 生成器
    private static Snowflake snowflake;

    // 初始化 Snowflake 生成器，传入机器 ID 和 数据中心 ID
    static {
        snowflake = new Snowflake(1L, 1L);
    }

    // 生成用户 ID
    public static long generateUserId() {
        return snowflake.nextId();
    }
}

3 基于 Redis/ZooKeeper 进行生成

相比 UUID 与雪花 ID，基于 Redis/ZooKeeper 进行生成的方案是一种中心化的方案，依赖于中间件 Redis 或是 ZooKeeper。

核心思想就是利用到了 Redis 的 string 类型的自增的特点，而对于 ZooKeeper 则是使用到了其顺序节点的特性。

若是项目中本身就使用到了 Redis 或 ZooKeeper，使用这种方案简单直接，且能保证全局的顺序性（这是 UUID 和雪花 ID 所做不到的）

但因为依赖于中间件，所以 ID 的生成会产生一定的网络开销，对网络延迟敏感，且一旦 Redis 或 ZooKeeper 故障，ID 就将无法生成。

4 总结

UUID 适用场景：

完全的去中心化
对 ID 生成的性能与 ID 所占储存空间无太大要求
不要求 ID 的有序性

雪花 ID 适用场景：

去中心化但依赖机器 ID
对 ID 生成的性能与 ID 所占储存空间有一定要求
要求 ID 具有一定的有序性以提高数据库查询效率

Redis/ZooKeeper 生成全局 ID 适用场景：

中心化，复用中间件
要求保证 ID 的全局顺序性
在性能上能接受网络开销

常见的全局 ID 生成方案

# 1 UUID

# 1.1 什么是 UUID？

# 1.2 UUID 的结构

# 1.3 UUID 的优缺点

# 1.4 UUID 使用实例

# 2 雪花 ID

# 2.1 什么是雪花 ID？

# 2.2 雪花 ID 的结构

# 2.3 雪花 ID 的优缺点

# 2.4 雪花 ID 使用实例

# 3 基于 Redis/ZooKeeper 进行生成

# 4 总结