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分布式全局唯一 ID 生成

·2 mins
SystemDesign Ulid
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如何设计一个分布式 ID 生成器(Distributed ID Generator)，并保证 ID 按时间粗略有序?

应用场景 #

各种业务账号订单 ID, 保证幂等的消息 ID 等均需要全局唯一

需求 #

  • 全局唯一(unique)
  • 按照时间粗略有序(sortable by time)
  • 尽可能短
  • 部署简单轻量

方案评估 #

MongoDB ObjectID #

优点 #

  1. 多个实例生成 ID 没有依赖关系, 天然分布式高可用
  2. 高位为时间戳, 本身有序

缺点 #

  1. 太长, 12 字节(96 位)

Snowflake #

优点 #

  1. 64 位, 比较短
  2. 高位为时间戳, 本身有序
  3. 分布式高可用

缺点 #

  1. 需要额外部署 ZooKeeper 和 Snowflake 服务

DB Ticket Servers #

例如 Flickr

利用 mysql 集群

CREATE TABLE `Tickets64` (
  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,
  `stub` char(1) NOT NULL default '',
  PRIMARY KEY  (`id`),
  UNIQUE KEY `stub` (`stub`)
) ENGINE=InnoDB

# replace into 表里只会有一条记录
REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ('a');
SELECT LAST_INSERT_ID();

不同的 mysql 服务使用不同步长

TicketServer1:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 1

TicketServer2:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 2

优点 #

  1. 部署简单, 扩展扩容方便

缺点 #

  1. 需要部署管理多台服务器, 单台服务器会变成系统单点
  2. 多实例生成 ID 并不是严格递增

Instagram pg #

和 snowflake 原理相似, 但是只依赖 pg 比较简单

https://instagram-engineering.com/sharding-ids-at-instagram-1cf5a71e5a5c

选择一个开始时间作为 epoch 开始

ID 组成 [41][13][10]

  • 高 41 位为当前时间 - epoch 开始 毫秒数
  • 中间 13 位为分片 ID
  • 低 10 位为递增 ID % 1024

使用 pg 实现:

CREATE SCHEMA test1;

# 创建自增 id
CREATE SEQUENCE test1.table_id_seq;

# 创建函数, 开始时间选 2021-01-01 00:00:00
CREATE OR REPLACE FUNCTION test1.next_id(OUT result bigint) AS $$
DECLARE
    our_epoch bigint := 1609430400000;
    seq_id bigint;
    now_millis bigint;
    shard_id int := 1;
BEGIN
    SELECT nextval('test1.table_id_seq') % 1024 INTO seq_id;
    SELECT FLOOR(EXTRACT(EPOCH FROM clock_timestamp()) * 1000) INTO now_millis;
    result := (now_millis - our_epoch) << 23;
    result := result | (shard_id <<10);
    result := result | (seq_id);
END;
    $$ LANGUAGE PLPGSQL;

# 创建表
CREATE TABLE test1.test_table (
  "id" bigint NOT NULL DEFAULT test1.next_id()
);

测试:

insert into test1.test_table (id) VALUES (DEFAULT);
insert into test1.test_table (id) VALUES (DEFAULT);
insert into test1.test_table (id) VALUES (DEFAULT);

select * from test1.test_table;

        id
-------------------
 70817154986935305
 70817228647302154
 70817232925492235
(3 rows)

原理使用 go 语言简单实现:

var nextSeq int64 = 1

func genID(shardId int64, epochStart time.Time) int {
	diffMs := time.Now().Sub(epochStart).Milliseconds()
	res := diffMs << 23
	res |= shardId << 10
	res |= nextSeq

	nextSeq++

	return int(res)
}

优点 #

  1. 部署简单, 扩容方便, 初期可在同一 pg 里面使用多个 schema
  2. 使用时间戳 - 初始时间作为高位, 比直接用时间戳能够使用更多时长

参考资料 #