分布式UUID的生成策略及应用场景浅析

　　UUID全称Universal Unique Identifier是一串128位数字码,用于唯一识别网络对象或者事件。由于其独特的生成机制和使用场景，UUID可以确保全局唯一性，避免重复。UUID广泛应用于各种需要唯一识别的场景，例如数据库主键、系统实例ID, 识别生命周期短暂的蓝牙配置文件和对象等。

　　UUID是类似于GUID的术语，最初由微软引入的GUID实际上是UUID的一种变体，在RFC 4122规范中将这两个术语定义为同义词。随后，开放软件基金会(OSF)对UUID进行了标准化，使其成为分布式计算网络中的重要组成部分，衍生出的各个UUID版本都遵循RFC 4122规范。

　　但如果计UUID通常通过特定算法生成，例如基于时间戳或网络地址等。UUID通过特定的组合排列方式确保其唯一性，由32个16进制数字（包括数字0到9和字母A到F）和4个连字符构成。每个连字符的字符数是8-4-4-4-12，其中最后4位或者N位表示格式和编码：

　　➤ 变体0：为了兼容80年代未过时的络计算系统而保留，它的结构与目前使用的version 1相似。

　　➤ 变体2：为了兼容微软后续发展而保留，尽管现有的微软GUID是UUID的变体1，但早期Windows平台使用的是变体2。变体1和变体2在N位位置的比特数字不同，例如变体1使用2位比特位,而变体2使用3位比特位。

　　现有的UUID主要是基于变体1衍生出来的，由5个不同版本组成，不同版本的UUID生成方式有所区别，具体包括：

　　➢ Version1：基于时间戳和节点生成的UUID。它使用当前时间和计算机的MAC地址来生成唯一标识符。这个版本的UUID保证了全局唯一性和时间排序性，但在某些情况下可能存在安全性和隐私问题。

　　➢ Version2：基于DCE安全标识符（DCE Security Identifier）生成的UUID。这个版本的UUID将标识符的角色和权限信息编码到UUID中，使其能够表示用户、组和ACL（访问控制列表）。然而，这个版本的UUID并不常见，也没有得到广泛支持。

　　➢ Version3：基于名称和命名空间生成的UUID。它使用MD5散列函数对名称和命名空间进行处理，生成唯一的标识符。这个版本的UUID可用于标识命名空间中的对象，如URL、域名等。

　　➢ Version4：基于随机数生成的UUID。这个版本的UUID使用随机数生成算法生成，因此具有很高的随机性和唯一性。它是目前最常用的UUID版本，广泛应用于各种领域。

　　➢ Version5：基于名称和命名空间生成的UUID。它与Version 3相似，但使用的是SHA-1散列函数，提供更强的散列算法。这个版本的UUID也可用于标识命名空间中的对象。

　　Mysql使用主键auto_increment方式生成ID,ID之间的步长固定，但可以自定义步长。这种方式简单易用，可以保证ID的递增性和唯一性，但是存在单点故障和数据一致性问题、在扩展性方面也存在一定的挑战。

　　MongoDB生成的UUID是由12字节十六进制数字组成，具体组成：4字节--以秒为单位的时间戳，3字节--机器标识符，2字节--进程ID,3字节--计数器（从一个随机值开始）。比传统的UUID短，但比MYSQL自动增量字段（64位Bigint值）长。

　　Redis通常使用原子操作INCR或INCRBY实现ID生成。如果是Redis集群可以设置ID初始值并自定义每个节点ID的步长。由于Redis是单线程模型，可以保证生成的ID具备唯一性。

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　　Zookeeper主要通过ZNODE数据版本生成ID,此ID通常是32位或者64位字符串构成，客户端可以使用该ID作为UID使用。由于需要强依赖Zookeeper，在高并发的场景多的情况下很少考虑使用这种方式。

　　Twitter使用雪花算法作为专业服务来统一生成64位唯一标识符，用于分布式系统中的对象标识，例如推特、直接消息、列表等。这些ID是基于时间的的唯一无符号64位整数，完整的ID定义主要组成方式如下：

　　41位--时间戳以毫秒为单位（相对于任何自定义纪元，通常可以使用69年）

　　按着这种方法构成的UID不仅提高可用性，因为使用时间戳为首部分，还可以根据时间进行排序。默认情况下，雪花算法生成一个64位的无符号长整型，也就是长度为19的ID。有时具体项目中可能不需要这么长，也可以根据自身需要修改该算法。

　　百度基于雪花算法改进生成UID，对UID的bit位进行调整,将时间戳部分修改为28位，用于表示当前时间与初始上线生成的时间的时间差（单位为秒），其中初始时间可以手工配置。使用22位表示工作节点ID,实例启动的时候生成分布式ID,写入数据库中得到的自增长序列值。使用13位序列号来解决时间回拨等问题，如果当前时间和上一次是时间相同则序列自增，超过阈值则自旋。

　　美团基于雪花算法改进，使用“1+41+5+5+12”的方式构成UID，在原雪花算法的基础上，使用5位bit代表机器ID，5位bit代表机房ID，12位序列号代表自增值，由于集群较大，基于Zookeeper组件特性配置机器ID。对于时间回拨问题的解决方案，设定阈值5毫秒，回拨时间小于5毫秒则等待回拨后重新生成新的UID，超过阈值则抛出异常。

　　其他大型互联网公司生成UID的方案，大部分都是基于Twitter的雪花算法进行改进，其中滴滴使用“时间戳+起点编号+车牌号”生成相应的UID，淘宝订单则使用“时间戳+用户ID”生成，滴滴则在美团的方案上将号段加载到内存中，同时支持多个主节点模式。微信的UID生成则主要绑定用户序列号，采用步进式持久化和分号段共享存储的实现方式。

　　省级宽带电视会员管理平台主要管理各省宽带电视的会员用户，是一个大型分布式平台，服务器跨省分布，数量众多，存在时钟回退问题。因此，本平台在雪花算法基础上进行改进，增加时间线的概念，可以同时支持多条时间线并行，很好地解决了时钟回退问题。具体方案如下：

　　调整2位bit代表时间线条时间线，所有时间线设定统一初始时间，指定一条时间线为统一时间线，根据该时间线生成相应的ID，推进时间进度。机器发生时钟回拨时，当回拨时间间隔大于设定的阈值，切换到另一条时间线