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@ -1,47 +1,26 @@
# 6.1 分布式 id 生成器 # 6.1 分布式 id 生成器
有时我们需要能够生成类似 MySQL 自增 ID 这样不断增大,同时又不会重复的 id。以支持业务中的高并发场景。比较典型的电商促销时短时间内会有大量的订单涌入到系统比如每秒 10w+。明星出轨时,会有大量热情的粉丝发微博以表心意,同样会在短时间内产生大量的消息。 有时我们需要能够生成类似MySQL自增ID这样不断增大同时又不会重复的id。以支持业务中的高并发场景。比较典型的电商促销时短时间内会有大量的订单涌入到系统比如每秒10w+。明星出轨时,会有大量热情的粉丝发微博以表心意,同样会在短时间内产生大量的消息。
在插入数据库之前,我们需要给这些消息/订单先打上一个 ID然后再插入到我们的数据库。对这个 id 的要求是希望其中能带有一些时间信息,这样即使我们后端的系统对消息进行了分库分表,也能够以时间顺序对这些消息进行排序。 在插入数据库之前,我们需要给这些消息/订单先打上一个ID然后再插入到我们的数据库。对这个id的要求是希望其中能带有一些时间信息这样即使我们后端的系统对消息进行了分库分表也能够以时间顺序对这些消息进行排序。
Twitter snowflake 算法是这种场景下的一个典型解法。先来看看 snowflake 是怎么一回事: Twitter的snowflake算法是这种场景下的一个典型解法。先来看看snowflake是怎么一回事
``` ![snowflake](../images/ch6-snowflake.png)
datacenter_id sequence_id
unused
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│ │ │ │ │
▼ │◀────────────────── 41 bits ────────────────────▶│ ▼ ▼
┌─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────┬────────┬────────────────┐
│ 0 │ 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0 │ 00000 │ 00000 │ 0000 0000 0000 │
└─────┴──────────────────────────────────────────────────────┴────────┴────────┴────────────────┘
▲ ▲
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time in milliseconds worker_id 首先确定我们的数值是64 位int64类型被划分为四部分不含开头的第一个bit因为这个bit是符号位。用41位来表示收到请求时的时间戳单位为毫秒然后五位来表示数据中心的id然后再五位来表示机器的实例id最后是12位的循环自增id(到达 1111 1111 1111 后会归 0)。
```
首先确定我们的数值是 64 位int64 类型,被划分为四部分,不含开头的第一个 bit因为这个 bit 是符号位。用 41 位来表示收到请求时的时间戳,单位为毫秒,然后五位来表示数据中心的 id然后再五位来表示机器的实例 id最后是 12 位的循环自增 id(到达 1111 1111 1111 后会归 0) 这样的机制可以支持我们在同一台机器上,同一毫秒内产生`2 ^ 12 = 4096`条消息。一秒共409.6万条消息。从值域上来讲完全够用了。
这样的机制可以支持我们在同一台机器上,同一毫秒内产生 2 ^ 12 = 4096 条消息。一秒共 409.6w 条消息。从值域上来讲完全够用了 数据中心 + 实例id共有10位可以支持我们每数据中心部署32台机器所有数据中心共1024台实例。
数据中心 + 实例 id 共有 10 位,可以支持我们每数据中心部署 32 台机器,所有数据中心共 1024 台实例 表示timestamp的41位可以支持我们使用69年。当然我们的时间毫秒计数不会真的从1970年开始记那样我们的系统跑到`2039/9/7 23:47:35`就不能用了所以这里的timestamp实际上只是相对于某个时间的增量比如我们的系统上线是2018-08-01那么我们可以把这个timestamp当作是从`2018-08-01 00:00:00.000`的偏移量。
表示 timestamp 的 41 位,可以支持我们使用 69 年。当然,我们的时间毫秒计数不会真的从 1970 年开始记,那样我们的系统跑到 `2039/9/7 23:47:35` 就不能用了,所以这里的 timestamp 实际上只是相对于某个时间的增量,比如我们的系统上线是 2018-08-01那么我们可以把这个 timestamp 当作是从 `2018-08-01 00:00:00.000` 的偏移量。 ## 6.1.1 worker_id分配
## 6.1.1 worker_id 分配 timestampdatacenter_idworker_id和sequence_id这四个字段中timestamp和 sequence_id是由程序在运行期生成的。但datacenter_id和worker_id需要我们在部署阶段就能够获取得到并且一旦程序启动之后就是不可更改的了(想想如果可以随意更改可能被不慎修改造成最终生成的id有冲突)。
timestampdatacenter_idworker_id 和 sequence_id 这四个字段中timestamp 和 sequence_id 是由程序在运行期生成的。但 datacenter_id 和 worker_id 需要我们在部署阶段就能够获取得到,并且一旦程序启动之后,就是不可更改的了(想想,如果可以随意更改,可能被不慎修改,造成最终生成的 id 有冲突)。 一般不同数据中心的机器会提供对应的获取数据中心id的API所以datacenter_id我们可以在部署阶段轻松地获取到。而worker_id是我们逻辑上给机器分配的一个id这个要怎么办呢比较简单的想法是由能够提供这种自增id功能的工具来支持比如MySQL:
一般不同数据中心的机器会提供对应的获取数据中心id的API所以 datacenter_id 我们可以在部署阶段轻松地获取到。而 worker_id 是我们逻辑上给机器分配的一个 id这个要怎么办呢比较简单的想法是由能够提供这种自增 id 功能的工具来支持,比如 MySQL:
```shell ```shell
mysql> insert into a (ip) values("10.1.2.101"); mysql> insert into a (ip) values("10.1.2.101");
@ -56,25 +35,21 @@ mysql> select last_insert_id();
1 row in set (0.00 sec) 1 row in set (0.00 sec)
``` ```
MySQL 中获取到 worker_id 之后,就把这个 worker_id 直接持久化到本地,以避免每次上线时都需要获取新的 worker_id。让单实例的 worker_id 可以始终保持不变。 从MySQL中获取到worker_id之后就把这个worker_id直接持久化到本地以避免每次上线时都需要获取新的worker_id。让单实例的worker_id可以始终保持不变。
当然,使用 MySQL 相当于给我们简单的 id 生成服务增加了一个外部依赖。依赖越多,我们的服务的可运维性就越差。 当然使用MySQL相当于给我们简单的id生成服务增加了一个外部依赖。依赖越多我们的服务的可运维性就越差。
考虑到集群中即使有单个 id 生成服务的实例挂了,也就是损失一段时间的一部分 id所以我们也可以更简单暴力一些 worker_id 直接写在 worker 的配置中,上线时,由部署脚本完成 worker_id 字段替换。 考虑到集群中即使有单个id生成服务的实例挂了也就是损失一段时间的一部分id所以我们也可以更简单暴力一些把worker_id直接写在worker的配置中上线时由部署脚本完成worker_id字段替换。
## 6.1.2 开源实例 ## 6.1.2 开源实例
### 6.1.2.1 标准 snowflake 实现 ### 6.1.2.1 标准 snowflake 实现
`github.com/bwmarrin/snowflake` 是一个相当轻量化的 snowflake Go 实现。其文档指出: `github.com/bwmarrin/snowflake` 是一个相当轻量化的snowflake的Go实现。其文档指出
``` ![ch6-snowflake-easy](../images/ch6-snowflake-easy.png)
+--------------------------------------------------------------------------+
| 1 Bit Unused | 41 Bit Timestamp | 10 Bit NodeID | 12 Bit Sequence ID |
+--------------------------------------------------------------------------+
```
和标准的 snowflake 完全一致。使用上比较简单: 和标准的snowflake完全一致。使用上比较简单
```go ```go
package main package main
@ -122,21 +97,17 @@ func main() {
StepBits uint8 = 12 StepBits uint8 = 12
``` ```
Epoch 就是本节开头讲的起始时间NodeBits 指的是机器编号的位长StepBits 指的是自增序列的位长。 Epoch 就是本节开头讲的起始时间NodeBits指的是机器编号的位长StepBits指的是自增序列的位长。
### 6.1.2.2 sonyflake ### 6.1.2.2 sonyflake
sonyflake Sony 公司的一个开源项目,基本思路和 snowflake 差不多,不过位分配上稍有不同: sonyflake是Sony公司的一个开源项目基本思路和snowflake差不多不过位分配上稍有不同
``` ![sonyflake](../images/ch6-snoyflake.png)
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 1 Bit Unused | 39 Bit Timestamp | 8 Bit Sequence ID | 16 Bit Machine ID |
+-----------------------------------------------------------------------------+
```
这里的时间只用了 39 bit但时间的单位变成了 10ms所以理论上比 41 位表示的时间还要久(174 years)。 这里的时间只用了39个bit但时间的单位变成了10ms所以理论上比41位表示的时间还要久(174 years)。
Sequence ID 和之前的定义一致Machine ID 其实就是节点 id。sonyflake 与众不同的地方在于其在启动阶段的 setting 配置 `Sequence ID`和之前的定义一致,`Machine ID`其实就是节点id。`sonyflake`与众不同的地方在于其在启动阶段的配置参数:
```go ```go
func NewSonyflake(st Settings) *Sonyflake func NewSonyflake(st Settings) *Sonyflake
@ -152,11 +123,11 @@ type Settings struct {
} }
``` ```
StartTime 选项和我们之前的 Epoch 差不多,如果不设置的话,默认是从 `2014-09-01 00:00:00 +0000 UTC` 开始。 StartTime选项和我们之前的Epoch差不多如果不设置的话默认是从`2014-09-01 00:00:00 +0000 UTC`开始。
MachineID 可以由用户自定义的函数,如果用户不定义的话,会默认将本机 ip 的低 16 位作为 machine id MachineID可以由用户自定义的函数如果用户不定义的话会默认将本机IP的低16位作为`machine id`
CheckMachineID 是由用户提供的检查 MachineID 是否冲突的函数。这里的设计还是比较巧妙的,如果有另外的中心化存储并支持检查重复的存储,那我们就可以按照自己的想法随意定制这个检查 MachineID 是否冲突的逻辑。如果公司有现成的 Redis 集群,那么我们可以很轻松地用 Redis set 来检查冲突。 CheckMachineID是由用户提供的检查MachineID是否冲突的函数。这里的设计还是比较巧妙的如果有另外的中心化存储并支持检查重复的存储那我们就可以按照自己的想法随意定制这个检查MachineID是否冲突的逻辑。如果公司有现成的Redis集群那么我们可以很轻松地用Redis的set来检查冲突。
```shell ```shell
redis 127.0.0.1:6379> SADD base64_encoding_of_last16bits MzI0Mgo= redis 127.0.0.1:6379> SADD base64_encoding_of_last16bits MzI0Mgo=

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