簡單實用！利用Redis輕松實現高并發全局ID生成器
我相信你會經常遇到要生成唯一 ID 的場景，比如標識每次請求、生成一個訂單編號、創建用戶需要創建一個用戶 ID。
謝霸戈：這還不簡單，用 UUID 不就行了。
UUID 確實是個好東西，生成的 ID 全球唯一，但是有兩個致命缺陷。
- 不是遞增的。MySQL 中索引的數據結構是 B+Tree，這種數據結構的特點是索引樹上的節點的數據是有序的，而如果使用 UUID 作為主鍵，那么每次插入數據時，因為無法保證每次產生的 UUID 有序，所以就會出現新的 UUID 需要插入到索引樹的中間去，這樣可能會頻繁地導致頁分裂，使性能下降。
- 太占用內存。每個 UUID 由 36 個字符組成，在字符串進行比較時，需要從前往后比較，字符串越長，性能越差。另外字符串越長，占用的內存越大，由于頁的大小是固定的，這樣一個頁上能存放的關鍵字數量就會越少，這樣最終就會導致索引樹的高度越大，在索引搜索的時候，發生的磁盤 IO 次數越多，性能越差。
謝霸戈：那咋辦呢？
別急，今天我就給大家帶來一個神器級的解決方案——Redis 分布式 ID 生成器！配合 SpringBoot3.0，讓你的 ID 生成變得既簡單又高效。
分布式 ID 要滿足什么要求
在進入正文前，先介紹下分布式 ID 應該滿足哪些特性。
分布式 ID 生成器需要滿足以下特性。
- 有序性之單調遞增，想要分而治之、二分法查找就必須實現。另外，MySQL 是你們用的最多的數據庫，B+ 樹為了維護 ID 的有序性，就會頻繁的在索引的中間位置插入而挪動后面節點的位置，甚至導致頻繁的頁分裂，這對于性能的影響是極大的。
- 全局唯一性，ID 不唯一就會出現主鍵沖突。
- 高性能，生成 ID 是高頻操作，如果性能緩慢，系統的整體性能都會受到限制。
- 高可用，也就是在給定的時間間隔內，一個系統總的可用時間占的比例。
- 存儲空間小，用 MySQL 的 InnoDB B+樹來說，普通索引（非聚集索引）會存儲主鍵值，主鍵越大，每個 Page 頁可以存儲的數據就越少，訪問磁盤 I/O 的次數就會增加。
Redis String 實現分布式 ID
Redis 集群能保證高可用和高性能，為了節省內存，ID 可以使用數字的形式，并且通過遞增的方式來創建新的 ID。
防止重啟數據丟失，你還需要把 Redis AOF 持久化開啟。
MySQL：“開啟 AOF 持久，為了性能設置成 everysec 策略還是有可能丟失一秒的數據，所以你還可以使用一個異步機制將生成的最大 ID 持久化到一個 MySQL。”
好主意，在生成 ID 之后發送一條消息到 MQ 消息隊列中，把值持久化到 MySQL 中。
我們可以使用 Redis String 數據類型來實現，key 用于區分不同業務場景的 ID 生成器，value 存儲 ID。
String 數據類型提供了 INCR 指令，它能把 key 中存儲的數字加 1 并返回客戶端。如果 key 不存在，那么 key 的 value 先被初始化成 0，再執行加 1 操作并返回給客戶端。
Redis，作為一個高性能的內存數據庫，天生就適合處理高并發的場景。它的“單線程”模型更是讓它在處理 ID 生成時如魚得水。
Redis 的操作是原子性的，這就意味著在整個過程中，不會有任何的并發問題出現，從而確保了 ID 的唯一性。
設計思路
設計思路如下圖所示。
圖 2-4
- 假設訂單 ID 生成器的 key 是“counter:order”，當應用服務啟動的時候先從數據庫中查詢出最大值 M。執行 EXISTS counter:order 判斷是否存在 key。
- Redis 中不存在 key “counter:order”，執行 SET counter:order M 將 M 值作寫入 Redis。
- Redis 中存在 key “counter:order”，值為 K，那么就比較 M 和 K 的值，執行 SET counter:order max(M, N)將最大值寫入 Redis，相等的話就不操作。
- 應用服務啟動完成后，每次需要生成 ID 的時候，應用程序就向 Redis 服務器發送 INCR counter:order指令。
- 應用程序將獲取到的 ID 值發送到 MQ 消息隊列，消費者監聽隊列把值更新到 MySQL。
SpringBoot 代碼實現
接下來，我們結合 SpringBoot3.0 來打造一個強大且易用的 Redis 分布式 ID 生成器。
首先，我們需要在 SpringBoot 項目中引入 redis 的依賴。在pom.xml文件中添上這行代碼：
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>搞定依賴后，我們得告訴 SpringBoot 怎么連接到 Redis。打開application.yml文件，填上 Redis 的服務地址和端口：
spring:
application:
name: redis
redis:
host: 127.0.0.1
port: 6379
password: magebyte
timeout: 6000萬事俱備，只欠東風！接下來，我們編寫一個 ID 生成器工具類。這個工具類負責與 Redis 交互，生成唯一的 ID。這里我們使用 Redis 的INCR命令，它能讓 ID 自增，確保每次獲取的 ID 都是唯一的。
@Component
public class OrderIdGenerator implements InitializingBean {
private final StringRedisTemplate redisTemplate;
/**
* 操作數據庫 dao
*/
private final IdGeneratorMapper idGeneratorMapper;
private static final String KEY = "counter:order";
/**
* 數據庫中的 ID 值
*/
private String dbId;
@Autowired
public OrderIdGenerator(StringRedisTemplate redisTemplate, IdGeneratorMapper idGeneratorMapper) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
this.idGeneratorMapper = idGeneratorMapper;
}
public Long generateId(String key) {
return redisTemplate.opsForValue().increment(key, 1);
}
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
// 從數據庫查詢最大 ID
this.dbId = idGeneratorMapper.getMaxID(KEY);
Boolean hasKey = redisTemplate.hasKey(KEY);
if (Boolean.TRUE.equals(hasKey)) {
// key 存在，比較 dbId 與 redisValue，取出最大值
String redisValue = redisTemplate.opsForValue().get(KEY);
String targetValue = max(this.dbId, redisValue);
} else {自定義 ID 規則
不過呢，光有唯一的 ID 還不夠，我們還得讓它更符合業務的實際需求。比如訂單編號吧，我們可能希望它的格式是ORD-20240528-0001，其中ORD是業務標識，20240528是日期，0001是當天的序號。
public String generateCustomId(String key, String prefix, String datePattern) {
long sequence = redisTemplate.opsForValue().increment(key, 1);
return String.format("%s-%s-%04d", prefix, new SimpleDateFormat(datePattern).format(new Date()), sequence);
}那具體怎么用呢？讓我們在業務代碼中一探究竟！想象一下，在一個電商系統中，當一個新的訂單如流星般劃過天際，我們迫不及待地想要一個獨一無二的 ID 來標記它時——很簡單，只需調用我們的generateCustomId方法，傳入訂單相關的參數即可。
@Service
public class OrderService {
private final RedisIdGenerator idGenerator;
@Autowired
public OrderService(RedisIdGenerator idGenerator) {
this.idGenerator = idativeIdGenerator;
}
public Order createOrder(OrderRequest request) {
String orderId = idGenerator.generateCustomId("order:id", "ORD", "yyyyMMdd");
Order order = new Order();
order.setId(orderId);
// 其他業務邏輯...
return order;
}
}
