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分布式ID生成方案详解

backend 2025/5/13 19:22:57

分布式ID生成方案详解

一、问题背景

分库分表场景下，传统自增ID会导致不同库/表的ID重复，需要分布式ID生成方案解决以下核心需求：
•全局唯一性：跨数据库/表的ID不重复
•有序性：利于索引优化和范围查询
•高性能：满足高并发场景需求
•高可用：避免单点故障
•可扩展性：支持业务扩容

二、主流解决方案

1. 自增步长调整

实现原理：
•每个分片设置不同的起始值和步长
•示例：3个分片设置步长为3
- 分片1：1,4,7...
- 分片2：2,5,8...
- 分片3：3,6,9...
优点：
•实现简单
•天然有序
缺点：
•无法扩容（步长固定后难以修改）
•数据迁移困难
•不同分片数据量差异大时可能产生ID浪费

2. 号段模式（Segment）

实现原理：
•数据库维护号段表结构：
```sql
CREATE TABLE idsegment (
biztag VARCHAR(128) PRIMARY KEY, -- 业务标识
maxid BIGINT NOT NULL, -- 当前最大ID
step INT NOT NULL, -- 号段长度
version BIGINT NOT NULL -- 乐观锁版本号
);
```
•应用缓存号段范围（如1-1000），用尽后申请新号段
优点：
•数据库压力小（批量获取）
•可自定义步长
缺点：
•存在单点故障风险
•号段耗尽时可能产生短暂延迟
•需要维护版本号保证并发安全

3. UUID方案

实现特点：
•标准格式：32字符16进制字符串（8-4-4-4-12）
•示例：`550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000`
优点：
•完全分布式生成
•无网络开销
缺点：
•无序性导致插入性能差（B+树频繁分裂）
•字符串存储空间大（36字节）
•无法保证趋势递增
•索引效率低（建议作为二级索引）
优化方案：
•主键使用自增ID，UUID作为业务唯一标识

4. Redis方案

实现方式：
INCR global:id # 原子操作生成连续ID
持久化策略：
方式特点风险
RDB定时快照可能丢失最新数据
AOF命令追加恢复速度慢但数据完整

优点：
•高性能（单机10w+ QPS）
•数字类型天然有序
缺点：
•需处理Redis单点问题（推荐集群）
•持久化策略选择影响可靠性

5. 雪花算法（Snowflake）

64位结构：
```
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 时间戳（41bit） |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
时间戳节点ID（10bit）序列号（12bit）

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
```
各字段说明：
•时间戳（41bit）：精确到毫秒，可用约69年（从起始时间计算）
•节点ID（10bit）：支持1024个节点
•序列号（12bit）：每毫秒4096个ID
优点：
•高性能（单机4,096,000 ID/秒）
•趋势递增
•数字类型存储高效
致命问题：
•时间回拨：服务器时间回调导致ID重复
•解决方案：
- 时钟同步服务（NTP）
- 短暂回拨等待时钟追平
- 严重回拨报警人工介入