分布式唯一ID实战

news2024/11/27 2:22:50

一、UUID

UUID的标准形式包含32个16进制数字，以 “ - ” 进行分割，形式为 8-4-4-4-12的32个字符，实例
550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。

优点：
- 性能高，本地生成，没有网络消耗

缺点：
- 不易存储，长度太长，32个16进制数字，128位
- 不安全，会暴露MAC地址
- UUID作为MySQL主键，会导致索引页分页，插入慢；长度太长，导致每个索引页存放的索引变少，索引效率降低

二、数据库方式

1、数据库生成之简单方式

利用给字段设置auto_increment_increment和auto_increment_offset来保证ID自增，每次业务使用下列SQL读写MySQL得到ID号作为业务的唯一ID

begin;
// 如果表中存在相同的数据，则将表中的数据删除，然后重新插入一条数据
2 REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ('a');
3 SELECT LAST_INSERT_ID();
4 commit;

在这里插入图片描述

优点：

非常简单，利用现有数据库系统的功能实现，成本小
ID单调递增，可以实现一些对ID有特殊要求的业务

缺点

强依赖DB，当DB异常时，整个系统不可使用，属于致命问题。应该配置主从复制以尽可能增加可用性（但是主从切换时可能会导致重复发号）
ID发号，性能瓶颈限制在单台MySQL的读写性能

2、数据库生成 - 多台机器和设置步长，解决性能问题

在分布式系统中我们可以多部署几台机器，每台机器设置不同的初始值，且步长和机器数相等

比如有两台机器。设置步长step为2，TicketServer1的初始值为1（1，3，5，7，9，11…）、TicketServer2的初始值为2（2，4，6，8，10…）

假设我们要部署N台机器，步长需设置为N，每台的初始值依次为0,1,2…N-1那么整个架构就变成了如下图所示：
在这里插入图片描述

这种架构貌似能够满足性能的需求，但有以下几个缺点：

系统水平扩展比较困难，比如定义好了步长和机器台数之后，如果要添加机器该怎么
做？假设现在只有一台机器发号是1,2,3,4,5（步长是1），这个时候需要扩容机器一台。可
以这样做：把第二台机器的初始值设置得比第一台超过很多，比如14（假设在扩容时间之
内第一台不可能发到14），同时设置步长为2，那么这台机器下发的号码都是14以后的偶
数。然后摘掉第一台，把ID值保留为奇数，比如7，然后修改第一台的步长为2。让它符合
我们定义的号段标准，对于这个例子来说就是让第一台以后只能产生奇数。扩容方案看起来
复杂吗？貌似还好，现在想象一下如果我们线上有100台机器，这个时候要扩容该怎么做？
简直是噩梦。所以系统水平扩展方案复杂难以实现。
ID没有了单调递增的特性，只能趋势递增，这个缺点对于一般业务需求不是很重要，可以容忍
数据库压力还是很大，每次获取ID都得读写一次数据库，只能靠堆机器来提高性能

3、Leaf-segment 方案实现

Leaf-segment方案，在使用数据库的方案上，做了如下改变：

原方案每次获取ID都得读写一次数据库，造成数据库压力大
改为利用批量获取，每次获取一个segment(step决定大小)号段的值。用完之后再去数据库获取新的号段，可以大大的减轻数据库的压力
各个业务不同的发号需求用biz_tag字段来区分，每个biz-tag的ID获取相互隔离，互不影响。
如果以后有性能需求需要对数据库扩容，不需要上述描述的复杂的扩容操作，只需要对biz_tag分库分表就行。

数据库表设计如下：
在这里插入图片描述
重要字段说明：

biz_tag用来区分业务
max_id表示该biz_tag目前所被分配的ID号段的最大值
step表示每次分配的号段长度。原来获取ID每次都需要写数据库，现在只需要把step设置得足够大，比如1000。那么只有当1000个号被消耗完了之后才会去重新读写一次数据库。读写数据库的频率从1减小到了1/step

系统架构
在这里插入图片描述

优缺点：
优点：

将分配ID的压力由数据库转移到web服务（Leaf）, Leaf服务可以很方便的进行线程扩展，性能完全能够支撑大多数业务场景
容灾性高：Leaf服务内部有号段缓存，即使DB宕机，短时间内Leaf仍能正常对外提供服务
可以自定义max_id的大小，非常方便业务从原有的ID方式上迁移过来

缺点：

ID号码不够随机，能够泄露发号数量的信息，不太安全
TP999数据波动大（当一个号段的ID使用完全后，leaf服务去mysql取号段，在此过程中应用服务如果有很大的并发过来，就会导致没有ID进行分配，从而导致响应时间变长，出现尖刺）
DB宕机的话，整个系统不可使用

4、双 buffer 优化

对于第二个缺点（响应存在峰值），Leaf-segment做了一些优化，简单的说就是：

Leaf 取号段的时机是在号段消耗完的时候进行的，也就意味着号段临界点的ID下发时间取决于下一次从DB取回号段的时间，并且在这期间进来的请求也会因为DB号段没有取回来，导致线程阻塞。如果请求DB的网络和DB的性能稳定，这种情况对系统的影响是不大的，但是假如取DB的时候网络发生抖动，或者DB发生慢查询就会导致整个系统的响应时间变慢。

为此，我们希望DB取号段的过程能够做到无阻塞，不需要在DB取号段的时候阻塞请求线程，即当号段消费到某个点时就异步的把下一个号段加载到内存中。而不需要等到号段用尽的时候才去更新号段。这样做就可以很大程度上的降低系统的TP999指标。

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