高并发下分布式ID各个的解决方案以及redis集群分布式ID代码实现

小咪咪 2024-05-06 09:40 6阅读 0赞

最近公司要把服务做成分布式的部署，所以生成全局唯一id是首先要考虑的点

总结

**目录**

1.mysql自增id

2.UUID

3.雪花算法

4.雪花算法的各种变种（解决时间回拨问题）

5.redis集群或单机利用lua生成分布式id（代码演示）

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## 1.mysql自增id ##

分库分表情况下要设置初始值与步长

优点：不用集成第三方，当下就能使用

缺点：以后随着机器的增多，维护成本以及生成策略不好控制

## 2.UUID ##

生来就可以作为分布式id，本身生成简单不需要任何第三方依赖

优点：生成简单，速度快，QPS高（支持100ns级并发），不依赖语言 各个语言都有自己的UUID生成器

缺点：生成长度过长且无序，可读性差，作为分布式主键性能较差，数据库查询和索引效率低

## 3.雪花算法 ##

1位固定0+41位时间戳(毫秒)+10位工作机器id+12位序列号(一个节点一毫秒最多生成4096个ID)组成生成的64位Long类型的id

优点：所有生成的id按时间趋势递增，整个分布式系统内不会产生重复id（因为有datacenterId和workerId来做区分）

缺点：集群的情况下，服务器之间的时间差会导致时间回拨

## 4.雪花算法的各种变种（解决时间回拨问题） ##

百度 uid-generator

传统的雪花算法实现都是通过System.currentTimeMillis()来获取时间并与上一次时间进行比较，这样的实现严重依赖服务器的时间。

而UidGenerator的时间类型是AtomicLong，且通过incrementAndGet()方法获取下一次的时间，从而脱离了对服务器时间的依赖，也就不会有时钟回拨的问题

类似的还有美团的 Leaf 、滴滴的tinyid

这几个生成方案都有一个共同的缺点：增加了系统的复杂度，原本的雪花算法只使用内存计算

而变种系列都或多或少增加了一些第三方中间件

## 5.redis集群或单机利用lua生成分布式id（代码演示） ##

> 原理：
> 
> 首先，要知道redis的EVAL，EVALSHA命令：
> 
> 利用redis的lua脚本执行功能，在每个节点上通过lua脚本生成唯一ID。  
> 生成的ID是64位的：
> 
>  *  使用41 bit来存放时间，精确到毫秒，可以使用41年。
>  *  使用12 bit来存放逻辑分片ID，最大分片ID是4095
>  *  使用10 bit来存放自增长ID，意味着每个节点，每毫秒最多可以生成1024个ID
> 
> **比如GTM时间 Fri Mar 13 10:00:00 CST 2015 ，它的距1970年的毫秒数是 1426212000000，假定分片ID是53，自增长序列是4，则生成的ID是：**
> 
> **5981966696448054276 = 1426212000000 << 22 + 53 << 10 + 41**  
> redis提供了TIME命令，可以取得redis服务器上的秒数和微秒数。因些lua脚本返回的是一个四元组。
> 
> second, microSecond, partition, seq  
> 客户端要自己处理，生成最终ID。
> 
> ((second \* 1000 + microSecond / 1000) << (12 + 10)) + (shardId << 10) + seq;

(1)lua脚本代码

-- need redis 3.2+
    redis.replicate_commands();
    
    local prefix = '__idgenerator_';
    local partitionCount = 4096;
    local step = 2;
    local startStep = 1;
    
    local tag = KEYS[1];
    -- if user do not pass shardId, default partition is 0.
    local partition
    if KEYS[2] == nil then
      partition = 0;
    else
      partition = KEYS[2] % partitionCount;
    end
    
    local now = redis.call('TIME');
    
    local miliSecondKey = prefix .. tag ..'_' .. partition .. '_' .. now[1] .. '_' .. math.floor(now[2]/1000);
    
    local count;
    repeat
      count = tonumber(redis.call('INCRBY', miliSecondKey, step));
      if count > (1024 - step) then
          now = redis.call('TIME');
          miliSecondKey = prefix .. tag ..'_' .. partition .. '_' .. now[1] .. '_' .. math.floor(now[2]/1000);
      end
    until count <= (1024 - step)
    
    if count == step then
      redis.call('PEXPIRE', miliSecondKey, 5);
    end
    
    -- second, microSecond, partition, seq
    return {tonumber(now[1]), tonumber(now[2]), partition, count + startStep}

（2）利用lua脚本生成机器节点唯一标识

/**
         * @Description 根据lua脚本生成redis单节点唯一序列号
         * @return sha1 唯一序列号
         * @Author liuy
         */
        public String createluacreate(){
            #防止同一节点标识重复加锁
            String lockKey = "soboot";
            String uuid = UUID.getSignUUID();
            boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, uuid, 3, TimeUnit.MINUTES);
            if (!success) {
                SoBootLogger.error("锁已存在");
            }
            // 执行 lua 脚本
            DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
            // 指定 lua 脚本
            redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/redis-script-node.lua")));
            // 指定返回类型
            redisScript.setResultType(Long.class);
            // 参数一：redisScript，参数二：key列表，参数三：arg（可多个）
             redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(lockKey), uuid);
            return redisScript.getSha1();
    
        }

生成的sha1唯一标识

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6C5o6C5LiJ55Sf5pyJ5bm4_size_8_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

（3）yml配置jedis连接redis

# spring配置
    spring: 
      redis:
        host: 127.0.0.1
        port: 6379
        password: root
        timeout: 5000
        jedis:
         pool:
          max-idle: 50
          max-active: 20
          min-idle: 30

(4)JedisConfig配置类

package com.soboot.system.config;
    
    
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
    import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
    import org.springframework.context.annotation.Bean;
    import org.springframework.context.annotation.Configuration;
    import redis.clients.jedis.JedisPool;
    import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;
    
    /**
     * @Author liuy
     * @Description jedis配置
     * @Date 2021/11/2 15:02
     * @Version 1.0
     */
    @Configuration
    @EnableCaching
    public class JedisConfig {
        @Value("${spring.redis.host}")
        private String host;
        @Value("${spring.redis.port}")
        private int port;
        @Value("${spring.redis.password}")
        private String password;
        @Value("${spring.redis.timeout}")
        private int timeout;
        @Value("${spring.redis.jedis.pool.max-idle}")
        private int maxIdle;
        @Value("${spring.redis.jedis.pool.max-active}")
        private int maxActive;
        @Value("${spring.redis.jedis.pool.min-idle}")
        private int minIdle;
    
        @Bean
        public JedisPool jedisPool(){
            JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
            jedisPoolConfig.setMaxIdle(maxIdle);
            jedisPoolConfig.setMaxTotal(maxActive);
            jedisPoolConfig.setMinIdle(minIdle);
            JedisPool jedisPool = new JedisPool(jedisPoolConfig, host, port, timeout, password);
            return jedisPool;
        }
    }

（5）生成分布式id代码

package com.soboot.system.service;
    
    import com.soboot.common.core.text.UUID;
    import com.soboot.common.core.utils.SoBootLogger;
    import com.soboot.common.redis.service.RedisService;
    import org.apache.commons.lang3.tuple.Pair;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
    import org.springframework.scripting.support.ResourceScriptSource;
    import org.springframework.stereotype.Service;
    import redis.clients.jedis.Jedis;
    import redis.clients.jedis.JedisPool;
    import redis.clients.jedis.exceptions.JedisConnectionException;
    
    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collections;
    import java.util.Date;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    @SuppressWarnings(value = {"unchecked", "rawtypes"})
    @Service("idGenService")
    public class IdGenService {
    
        @Autowired
        private JedisPool jedisPool;
        /**
         * JedisPool, luaSha
         */
        private static List<Pair<JedisPool, String>> jedisPoolList = new ArrayList<>();
        private static int retryTimes = 0;
        private int index = 0;
    
    
        private IdGenService() {
        }
    
        private IdGenService(List<Pair<JedisPool, String>> list, int time) {
            jedisPoolList = list;
            retryTimes = time;
        }
    
        public IdGenService.IdGeneratorBuilder builder() {
            return new IdGenService.IdGeneratorBuilder();
        }
    
        public static class IdGeneratorBuilder {
            List<Pair<JedisPool, String>> jedisPoolList = new ArrayList();
            int retryTimes = 5;
    
            public IdGenService.IdGeneratorBuilder addHost(JedisPool jedisPool, String luaSha) {
                jedisPoolList.add(Pair.of(jedisPool, luaSha));
                return this;
            }
    
            public IdGenService build() {
                return new IdGenService(jedisPoolList, retryTimes);
            }
        }
    
        public long next(String tab) {
            for (int i = 0; i < retryTimes; ++i) {
                Long id = innerNext(tab);
                if (id != null) {
                    return id;
                }
            }
            throw new RuntimeException("Can not generate id!");
        }
    
        Long innerNext(String tab) {
            index++;
            int i = index % jedisPoolList.size();
            Pair<JedisPool, String> pair = jedisPoolList.get(i);
            JedisPool jedisPool = pair.getLeft();
            String luaSha = pair.getRight();
            Jedis jedis = null;
            try {
                jedis = jedisPool.getResource();
                List<Long> result = (List<Long>) jedis.evalsha(luaSha, 2, tab, "" + i);
                long id = buildId(result.get(0), result.get(1), result.get(2),
                        result.get(3));
                return id;
            } catch (JedisConnectionException e) {
                if (jedis != null) {
                    jedisPool.returnBrokenResource(jedis);
                }
            } finally {
                if (jedis != null) {
                    jedisPool.returnResource(jedis);
                }
            }
            return null;
        }
    
        public static long buildId(long second, long microSecond, long shardId,
                                   long seq) {
            long miliSecond = (second * 1000 + microSecond / 1000);
            return (miliSecond << (12 + 10)) + (shardId << 10) + seq;
        }
    
        public static List<Long> parseId(long id) {
            long miliSecond = id >>> 22;
            long shardId = (id & (0xFFF << 10)) >> 10;
            List<Long> re = new ArrayList<Long>(4);
            re.add(miliSecond);
            re.add(shardId);
            return re;
        }
    
        /**
         * @param tab evalsha命令参数 一般填需要生成分布式id的业务模块名称 例如 order、user、log
         * @return 分布式id
         */
        public long getId(String tab) {
            this.builder()
                    .addHost(jedisPool, "223b0f1b655aa0396ec9d58b3df027ad7626c26a")
                    .build();
            long id = this.next(tab);
            System.out.println("分布式id值:" + id);
            List<Long> result = this.parseId(id);
            System.out.println("分布式id生成的时间是:" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date(result.get(0))));
            System.out.println("redis节点:" + result.get(1));
            return id;
        }
    }

（6）调用getId方法生成

![56d79e0f146a4a5199286ffa885b3416.png][]

很多解决方案 还是要根据具体需求使用！

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6C5o6C5LiJ55Sf5pyJ5bm4_size_8_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/a5880e7d6647421dae204c0a8249e998.png
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