分布式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)分布式 ID 對(duì)于確保訂單、用戶或記錄等實(shí)體的唯一性至關(guān)重要。

分布式 ID 的設(shè)計(jì)需求

• 唯一性：ID 必須在所有服務(wù)或系統(tǒng)中全局唯一。
• 可擴(kuò)展性：系統(tǒng)應(yīng)能夠在高負(fù)載下以高吞吐量生成 ID。
• 排序性：在某些用例中，ID 需要是有序或大致按時(shí)間排序的（例如用于排序）。
• 避免碰撞：兩個(gè) ID 相同的概率應(yīng)當(dāng)極小。
• 去中心化：ID 的生成應(yīng)不依賴單一的生成器，避免單點(diǎn)故障。
• 可用性：即使在網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)，ID 生成系統(tǒng)也應(yīng)能正常工作。
• 緊湊性：ID 的格式應(yīng)在存儲(chǔ)時(shí)高效，特別是在數(shù)據(jù)庫(kù)或日志中。
• 透明性：有時(shí) ID 需要嵌入元數(shù)據(jù)（如時(shí)間戳或機(jī)器 ID ）以便調(diào)試或追蹤。

常見(jiàn)的分布式 ID 解決方案

(1) UUID（通用唯一標(biāo)識(shí)符）

• 版本1：基于時(shí)間戳，包含時(shí)間戳和節(jié)點(diǎn)特定的信息（如 MAC 地址）。
• 版本4：隨機(jī)生成，提供高度的唯一性。
• 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于多種編程語(yǔ)言中。
• 缺點(diǎn)：無(wú)序，較大（128位），不能輕易按生成時(shí)間排序。
• 適用場(chǎng)景：適用于排序要求不高的分布式系統(tǒng)，如對(duì)象存儲(chǔ)或用戶 ID。

(2) Snowflake 算法（Twitter）

一個(gè) 64 位的 ID，包含以下部分：

• 41 位用于時(shí)間戳（從某個(gè)自定義的紀(jì)元開(kāi)始的毫秒數(shù)）。
• 10 位用于機(jī)器 ID（數(shù)據(jù)中心或節(jié)點(diǎn) ID）。
• 12 位用于序列號(hào)（確保同一毫秒內(nèi)生成的多個(gè) ID 是唯一的）。
• 優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間排序，具有良好的擴(kuò)展性，支持高吞吐量（每個(gè)節(jié)點(diǎn)每毫秒最多生成 4096 個(gè) ID）。
• 缺點(diǎn)：需要節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步。
• 適用場(chǎng)景：常用于分布式系統(tǒng)，如微服務(wù)或訂單管理系統(tǒng)。

(3) 數(shù)據(jù)庫(kù)序列

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常提供自增 ID 生成（例如 MySQL 的 AUTO_INCREMENT 或 PostgreSQL 的 SERIAL）。

• 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單且可靠，適用于小型集中式系統(tǒng)。
• 缺點(diǎn)：無(wú)法很好地?cái)U(kuò)展到分布式系統(tǒng)，會(huì)引入單點(diǎn)故障。
• 適用場(chǎng)景：適用于無(wú)需高擴(kuò)展性的簡(jiǎn)單應(yīng)用。

(4) KSUID（K-可排序的唯一標(biāo)識(shí)符）

128 位 ID，嵌入時(shí)間戳和隨機(jī)部分。

• 優(yōu)點(diǎn)：ID 按生成時(shí)間可排序（字典序），比 UUID 更小。
• 缺點(diǎn)：稍微比 UUID 復(fù)雜，空間效率不如 Snowflake。
• 適用場(chǎng)景：適用于需要字典序排序和較長(zhǎng)生命周期的場(chǎng)景，如日志聚合系統(tǒng)。

(5) Redis / MongoDB 的序列生成器

像 Redis 或 MongoDB 這樣的系統(tǒng)可以通過(guò)原子操作充當(dāng)集中式的 ID 生成器。

• 優(yōu)點(diǎn)：提供集中控制，并且具有高吞吐量。
• 缺點(diǎn)：存在單點(diǎn)故障，依賴 Redis/MongoDB 的可用性。
• 適用場(chǎng)景：適用于分布式系統(tǒng)，中央節(jié)點(diǎn)可以在沒(méi)有高可用性要求的情況下生成 ID。

選擇解決方案的考慮因素

• 吞吐量需求：如果系統(tǒng)需要每秒生成數(shù)百萬(wàn)個(gè) ID，Snowflake 或 Redis-based 方案比 UUID 更合適。
• 有序還是隨機(jī)：如果 ID 需要按時(shí)間排序，可以考慮 Snowflake、KSUID。
• 存儲(chǔ)限制：與 KSUID 相比，Snowflake ID 更小，如果存儲(chǔ)大小至關(guān)重要，可以選擇更緊湊的格式。
• 元數(shù)據(jù)：如果需要在ID中包含元數(shù)據(jù)，Snowflake ID 或自定義哈希方案可以編碼時(shí)間戳或機(jī)器 ID 等信息。

每種解決方案適合不同的用例，具體選擇取決于擴(kuò)展性、排序和存儲(chǔ)大小等因素。Snowflake 和 UUID 是現(xiàn)代分布式系統(tǒng)中最常采用的方案。