分布式架构设计之分布式ID生成方案，看淘宝订单号生成规则
ann3311 2024-12-22 14:18 19 浏览 0 评论
上一篇文章梳理了分布式系统设计几个核心原则，其中谈到分库分表，实践中肯定涉及到唯一ID的使用和生成问题，比如订单ID、交易ID等。本文主要讲述分布式ID设计要考虑的因素及主流的实现方案，同时也会讲淘宝订单ID是如何生成的。
为什么要使用分布式ID
单体数据库，我们一般使用自增字段生成唯一ID就够了，当我们数据量达到一定程度，需要分库分表来缓解数据库的压力时，就需要外部生成唯一ID。
分布式ID设计关注的特性：
- 唯一性
- 高性能
- 安全性，防止遍历数据
- 结合业务属性编码，如可按生成时间排序、分库表路由
分布式ID生成方案
1 - UUID
UUID(Universally Unique Identifier)是包含32个16进制数字，以连字号分为五段，示例：000e8400-c29b-41d4-be16-116655220000。
优点：全局唯一、去中心化稳定性高、服务器本地生成效率高
缺点：字符串长度太长存储空间大、非数字索引效率低、不能排序
2 - 雪花算法
SnowFlake算法是Twitter公司推出的专门针对分布式ID的解决方案。结构：符号位+时间戳+工作进程位+序列号位，一个64bit的整数，正好为一个long类型数据，在Mysql中可以用bigint存储。
- 从左到右，第一位为符号位，0表示正，1表示负。
- 时间戳：2^41/（365 * 24 * 60 * 60 * 1000）=69.73年。可表示的范围为69年（从1970年开始），可以用到2039年。
- 10bit工作位是5位数据中心ID和5位工作ID，其中5位的数据中心ID和5位工作ID的范围是：0到2^5 -1 = 31，分布式环境中一般都是通过设置不同的数据中心ID和工作ID来确保生成的ID不会重复。
- 12bit-序列号表示每个机房的每个机器每毫秒可以产生2^12-1（4095）个不同的ID序号
优点：全局唯一、不依赖外部组件、生成结果是数字，方便存储提高索引效率、可排序
缺点：依赖系统时间戳，生成新ID时获取的时间戳要大于上次生成的时间戳，否则会报错，所以集群中服务器一定要做时间同步，如果发生时间回拨，生成ID会失败。
针对雪花算法的问题，国内也有开源方案
- 百度UidGenerator：采用RingBuffer来缓存已生成的UID, 并行化UID的生产和消费, 单机QPS可达600万。
- 美团Leaf：提高了对时间回拨的容忍性，如果时间回拨小于2秒，生成ID会等待。
3 - 自定义生成算法
会根据业务需求自定义生成分布式ID，比如淘宝订单号，如：2996940718765557337，由19位组成的数字，后6位是买家ID的头尾3位组成，前13位是业务标识+时间戳生成，前13位是确保可以排序，后6位则用于分库分表的路由字段，通过后6位hash后，可以知道当前用户的订单数据在哪个库哪张表。同时，用买家ID做路由字段，可以避免数据倾斜。
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