分布式唯一id的7种方案

背景

为什么需要使用分布式唯一id？
如果我们的系统是单体的，数据库是单库，那无所谓，怎么搞都行。
但是如果系统是多系统，如果id是和业务相关，由各个系统生成的情况下，那每个主机生成的主键id就是不可控的，多个主机就有可能会造成主键冲突的问题。

方案

1、数据库自增

1024表，不是依赖每一张表的自增主键，不同的表都从1开始累加id

专门搞一个库，搞一个表，专门用于生成全局唯一id，insert into插入一条数据，他会返回给你一个全局唯一id，然后你把这个id设置给数据，插入分表后的1024张表里去，全局唯一的

优点：超简单，落实起来非常方便，公司有一个统一的库和表，专门用于生成id；或者你自己的系统的库里你专门弄一张表，用来生成id

缺点：单库单表，并发抗不住，一旦达到每秒几千的高并发；不停的在表里插入数据获取id，表数据会越来越多，还得定期清理，很麻烦

适用场景：分库分表是因为数据量大，但是低并发低负载，而且数据库单机有高可用问题，必须上高可用方案，另外是单表数据一直增长也是个问题，一般不会直接投入生产，投入生产环境的时候会用下面说的flickr的数据库唯一id生成方案

2、UUID

优点：本地生成，没有所谓的并发压力
缺点：太长了！作为主键绝对是不靠谱的！数据库频繁页分裂问题！

适用场景：除数据库主键之外的其他唯一键场景，都适合，这个方案一般不考虑在分布式唯一ID生成里，在我们的主题里，其实可以忽略

3、Twitter开源的Snowflake方案

核心思想：64个bit位，41位放时间（最多使用69年），10位放机器标识（最多把snowflake程序部署在1024台机器上），12位放序号（每毫秒，每台机器，可以顺序生成4096个ID），最高位1个bit是0

snowflake程序分布式部署在多台机器上，每台机器生成的每个ID，都是这一毫秒、机器id、序号，每台机器每毫秒最多4096个ID，绝对够用了，分布式方案可以抗高并发，大不了加机器，最多1024台机器，纯基于内存生成，性能很高

优点：高性能，高并发，分布式，可伸缩，最多扩展1024台机器，ID绝对够用

缺点：光是开源算法还不用，还得考虑时钟回拨等一系列问题，如果要解决那堆问题，需要开发很多机制，开发完了还得独立部署，有独立部署和维护的成本

适用场景：中大型公司，有高并发生成唯一ID场景，基于snowflake算法自研，加入时钟回拨解决方案，多机房方案，等等，各种生产方案，有人力去维护，有少数大厂采用了这个方案，可以作为生产级方案，但是需要解决很多问题

4、Redis自增机制

核心思想：Redis单线程，绝对有序自增，incrby；集群部署，比如5台机器，那么每台机器的初始值依次为1、2、3、4、5，每台机器的自增步长是5，第1台机器就是1、6、11、16、21，第2台机器就是2、7、12、17、22，以此类推，直到第5台机器就是5、10、15、20、25

优点：不用额外开发，一般公司都提供redis集群，直接用就行

缺点：客户端需要自己封装，基于Jedis去封装，客户端里需要写死Redis机器数量，每次获取1个ID，都是找到一台机器，然后按步长去incrby，接着返回给系统；而且扩容麻烦，如果5台机器抗不住并发了怎么办？扩容的时候加机器，客户端需要修改代码，或者基于动态感知，这其实也有开发成本，另外扩容的时候，步长就会改变，那之前的ID怎么办？都得重新洗掉，全部从头开始计算，极为麻烦

适用场景：鉴于他的缺点，一般不用redis集群玩自增主键生成；分库分表了，然后每秒在万左右的高并发，但是可预见的不会达到几万以及十万级的并发，那么此时可以用Redis单机去生成自增主键，避免redis集群扩容的步长改变问题；但是还得部署Redis主从同步+哨兵高可用，可是主从同步是异步的，有id重复问题，所以最终生产一般不用

5、基于时间+业务id的组合

核心思想：比如打车软件，可以用时间戳+起点编号+车牌号作为一个id，业务组合上是不会有重复的；比如电商订单，可以用时间戳+用户id，一个用户在1毫秒内一般最多就下一个订单，一般不会重复，除非用户基于程序刷单，否则手点的情况下，这个组合id一般没问题，还可以加个下单渠道、第一个商品id等其他业务id组合起来

优点：实现简单，没额外成本，没并发之类的扩容问题

缺点：有的业务场景（比如订单之类的），还可以用这种方案，但是有的业务场景可能根本没法通过业务来组合，而且始终担心有重复问题

适用场景：很多大厂都用这个方案，做订单编号这些，但是分库分表不光是订单，还有什么用户、账号以及各种其他的业务场景，所以部分适用于生产

6、flickr（雅虎旗下的图片分享平台）公司的方案

CREATE TABLE uid_sequence (
id bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,
stub char(1) NOT NULL default ‘’,
PRIMARY KEY (id),
UNIQUE KEY stub (stub)
) ENGINE=MyISAM;

REPLACE INTO uid_sequence (stub) VALUES (‘test’);
SELECT LAST_INSERT_ID();

replace into语法替代insert into，避免表行数过大，一张表就一行数据，然后再select获取这个表的最新id，last_insert_id()函数是connection级别的，就你这个连接的最近insert生成的id，多个客户端之间没影响

当然，其实也可以优化成这样，就是每次你一台机器要申请一个唯一id，你就REPLACE INTO uid_sequence (stub) VALUES (‘192.168.31.226’)，用你自己机器的ip地址去replace into，那么就你自己机器会有id不停自增，完了用select id from table where stub=机器地址，就可以了

最多如果你要考虑到多线程并发问题，那么就在机器地址后加入线程编号，这样一台机器的不同线程，都是对自己的id在自增

这个方案本质跟第一个方案没区别，唯一优化就是用replace into替代了insert into，避免表数据量过大，缺点也在于数据库并发能力不高，所以适用场景，就是分库分表的时候，低并发，用这个方案生成唯一id，低并发场景下可以用于生产

而且一般会部署数据库高可用方案，两个库设置不同的起始位置和步长，分别是1、3、5，以及2、4、6

7、基于flickr方案的高并发优化

有一种变种方案，是基于flickr方案的高并发优化，他核心问题在于每一次生成id都得找数据库，所以这就是并发瓶颈，所以这里可以把数据库优化为号段，而不是id号，什么意思呢？一起来看看

每台机器都引入一个自己封装的客户端，只要一旦服务启动，就直接采用flickr方案获取一个id，但是他仅仅代表的是一个号段，什么意思呢？比如说，一个服务启动，通过flickr方案的replace into拿到一个id，假设是1吧

此时你的号段可以配置为一个号段是10000个id号，那么此时你这个号段的起始id就是1 * 10000，然后可以把起始id设置到AtomicLong里去，还可以保存一下号段的最大id，也就是（n + 1）* 10000，就是2 * 10000，20000

所以这个号段的id就是[10000, 20000，20000是不包含在内的

接着服务里如果要获取唯一id，直接找你封装的客户端，每次拿一个id，就是AtomicLong.incrementAndGet()，直接原子递增，这样你大部分的id获取，都是在内存里通过号段内递增实现的

高并发问题，解决了！！数据库仅仅用于维护号段罢了

如果拿到了号段里最大id，此时对获取id的请求得阻塞住，只要拿到的id大于等于了最大id，请求全部自己陷入阻塞，比如大家都去while循环阻塞，过一会儿再次获取id，跟最大id比较

发号器客户端的线程，定时轮询，一旦发现这个问题，此时就重新利用flickr方案获取一个号段，再次设置AtomicLong里的初始id以及更新最大id，在这个过程中别的任何一个线程来获取id都会发现AtomicLong自增值比最大id是大的

即使是发号器客户端线程，刚刚设置了AtomicLong的值，然后还没设置volatile的最大id值，此时别的线程在while循环过程中获取了id，AotmicLong自增值一定大于之前的最大id值，也会继续陷入阻塞的

只有当发号器客户端线程更新了volatile最大id值之后，其他线程才会在while循环之后，发现AtomicLong自增值是小于最大id值的，此时就可以继续工作了，这种情况通常是很少的，所以大部分情况下，各个服务都是基于本地的号段在内存里获取id，而且全局上还是唯一的，没有高并发问题，数据库的并发也是很低的

这个方案的唯一缺点就是，每次重启服务，就会浪费一个号段里还没自增到的大量id，重启后又是新的号段了，但是如果要优化，可以在spring销毁事件里，发号器内部设置一个volatile标识，不允许获取id了，接着把AtomicLong的值持久化到本地磁盘，下次服务重启后直接从本地磁盘里读取，就不会浪费了

其实这个优化以后的方案，就可以投入生产了，确实也有个别大厂是这么做的，也运行的很好。如果一定要说这个方案有什么弊端，那就是，归根结底，还是有一个数据库这么个外部依赖，其实如果方案真做好了，你还得考虑数据库的高可用方案这些东西，就是牵扯到了外部依赖，就容易做的很重

另外一个问题，就是对于这个方案，你还得去做步长的配置，那么到底允许多长的步长呢？是否允许用户自己配置呢？如果不允许，你固定一个步长，那个步长会不会在一些特殊高并发场景下，比如你1000作为步长，1000个号瞬间被秒光，一个服务每秒都得请求一次数据库获取新的号段，此时你有上千个服务实例，数据库不还是抗不住？

所以，这个方案适合一些没有特殊超高并发的场景，而且扩展性和灵活性不是很强，总是让人担心他的号段步长会出一些问题，但是在一些普通场景下，其实一般可能也没什么问题，所以有普通高并发场景的生产环境，还是可用的

基于数据库的方案就是flickr方案以及flickr高并发优化方案，但是没有snowflake生产级方案那么具备普适性，snowflake方案不涉及什么号段问题，也不会额外依赖数据库，不需要考虑数据库高可用之类的，他自己就是peer-to-peer的一个集群架构，随时可以扩容

时间戳+业务id，相当好用，推荐第一选择是他，能用时间戳+业务id的，就别搞分布式id生成，如果不行的，再考虑flickr方案或者snowflake方案