滴滴开源的分布式id生成系统
ID Generator id生成器 分布式id生成系統(tǒng)，簡單易用、高性能、高可用的id生成系統(tǒng)
簡介
Tinyid是用Java開發(fā)的一款分布式id生成系統(tǒng)，基于數據庫號段算法實現，關于這個算法可以參考美團leaf或者tinyid原理介紹。Tinyid擴展了leaf-segment算法，支持了多db(master)，同時提供了java-client(sdk)使id生成本地化，獲得了更好的性能與可用性。Tinyid在滴滴客服部門使用，均通過tinyid-client方式接入，每天生成億級別的id。
tinyid系統(tǒng)架構圖
下面是一些關于這個架構圖的說明:
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nextId和getNextSegmentId是tinyid-server對外提供的兩個http接口
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nextId是獲取下一個id，當調用nextId時，會傳入bizType，每個bizType的id數據是隔離的，生成id會使用該bizType類型生成的IdGenerator。
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getNextSegmentId是獲取下一個可用號段，tinyid-client會通過此接口來獲取可用號段
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IdGenerator是id生成的接口
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IdGeneratorFactory是生產具體IdGenerator的工廠，每個biz_type生成一個IdGenerator實例。通過工廠，我們可以隨時在db中新增biz_type，而不用重啟服務
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IdGeneratorFactory實際上有兩個子類IdGeneratorFactoryServer和IdGeneratorFactoryClient，區(qū)別在于，getNextSegmentId的不同，一個是DbGet,一個是HttpGet
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CachedIdGenerator則是具體的id生成器對象，持有currentSegmentId和nextSegmentId對象，負責nextId的核心流程。nextId最終通過AtomicLong.andAndGet(delta)方法產生。
性能與可用性
性能
http方式訪問，性能取決于http server的能力，網絡傳輸速度
java-client方式，id為本地生成，號段長度(step)越長，qps越大，如果將號段設置足夠大，則qps可達1000w+
可用性
依賴db，當db不可用時，因為server有緩存，所以還可以使用一段時間，如果配置了多個db，則只要有1個db存活，則服務可用
使用tiny-client，只要server有一臺存活，則理論上可用，server全掛，因為client有緩存，也可以繼續(xù)使用一段時間
Tinyid的特性
全局唯一的long型id
趨勢遞增的id，即不保證下一個id一定比上一個大
非連續(xù)性
提供http和java client方式接入
支持批量獲取id
支持生成1,3,5,7,9…序列的id
支持多個db的配置，無單點
適用場景:只關心id是數字，趨勢遞增的系統(tǒng)，可以容忍id不連續(xù)，有浪費的場景 不適用場景:類似訂單id的業(yè)務(因為生成的id大部分是連續(xù)的，容易被掃庫、或者測算出訂單量)
推薦使用方式
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tinyid-server推薦部署到多個機房的多臺機器
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多機房部署可用性更高，http方式訪問需使用方考慮延遲問題
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推薦使用tinyid-client來獲取id，好處如下:
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id為本地生成(調用AtomicLong.addAndGet方法)，性能大大增加
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client對server訪問變的低頻，減輕了server的壓力
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因為低頻，即便client使用方和server不在一個機房，也無須擔心延遲
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即便所有server掛掉，因為client預加載了號段，依然可以繼續(xù)使用一段時間 注:使用tinyid-client方式，如果client機器較多頻繁重啟，可能會浪費較多的id，這時可以考慮使用http方式
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推薦db配置兩個或更多:
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db配置多個時，只要有1個db存活，則服務可用 多db配置，如配置了兩個db，則每次新增業(yè)務需在兩個db中都寫入相關數據
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tinyid的原理
Id生成系統(tǒng)要點
在簡單系統(tǒng)中，我們常常使用db的id自增方式來標識和保存數據，隨著系統(tǒng)的復雜，數據的增多，分庫分表成為了常見的方案，db自增已無法滿足要求。這時候全局唯一的id生成系統(tǒng)就派上了用場。當然這只是id生成其中的一種應用場景。那么id生成系統(tǒng)有哪些要求呢？
全局唯一的id:無論怎樣都不能重復，這是最基本的要求了
高性能:基礎服務盡可能耗時少，如果能夠本地生成最好
高可用:雖說很難實現100%的可用性，但是也要無限接近于100%的可用性
簡單易用: 能夠拿來即用，接入方便，同時在系統(tǒng)設計和實現上要盡可能的簡單
Tinyid的實現原理
我們先來看一下最常見的id生成方式，db的auto_increment，相信大家都非常熟悉，我也見過一些同學在實戰(zhàn)中使用這種方案來獲取一個id，這個方案的優(yōu)點是簡單，缺點是每次只能向db獲取一個id，性能比較差，對db訪問比較頻繁，db的壓力會比較大。那么是不是可以對這種方案優(yōu)化一下呢，可否一次向db獲取一批id呢？答案當然是可以的。?一批id，我們可以看成是一個id范圍，例如(1000,2000]，這個1000到2000也可以稱為一個"號段"，我們一次向db申請一個號段，加載到內存中，然后采用自增的方式來生成id，這個號段用完后，再次向db申請一個新的號段，這樣對db的壓力就減輕了很多，同時內存中直接生成id，性能則提高了很多。那么保存db號段的表該怎設計呢？
DB號段算法描述
| 1 | 1000 | 2000 |
如上表，我們很容易想到的是db直接存儲一個范圍(start_id,end_id]，當這批id使用完畢后，我們做一次update操作，update start_id=2000(end_id), end_id=3000(end_id+1000)，update成功了，則說明獲取到了下一個id范圍。仔細想想，實際上start_id并沒有起什么作用，新的號段總是(end_id,end_id+1000]。所以這里我們更改一下，db設計應該是這樣的
| 1 | 1000 | 2000 | 1000 | 0 |
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這里我們增加了biz_type，這個代表業(yè)務類型，不同的業(yè)務的id隔離
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max_id則是上面的end_id了，代表當前最大的可用id
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step代表號段的長度，可以根據每個業(yè)務的qps來設置一個合理的長度
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version是一個樂觀鎖，每次更新都加上version，能夠保證并發(fā)更新的正確性 ?那么我們可以通過如下幾個步驟來獲取一個可用的號段，
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A.查詢當前的max_id信息：select id, biz_type, max_id, step, version from tiny_id_info where biz_type='test';
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B.計算新的max_id: new_max_id = max_id + step
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C.更新DB中的max_id：update tiny_id_info set max_id=#{new_max_id} , verison=version+1 where id=#{id} and max_id=#{max_id} and version=#{version}
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D.如果更新成功，則可用號段獲取成功，新的可用號段為(max_id, new_max_id]
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E.如果更新失敗，則號段可能被其他線程獲取，回到步驟A，進行重試
號段生成方案的簡單架構
如上我們已經完成了號段生成邏輯，那么我們的id生成服務架構可能是這樣的
id生成系統(tǒng)向外提供http服務，請求經過我們的負載均衡router，到達其中一臺tinyid-server，從事先加載好的號段中獲取一個id，如果號段還沒有加載，或者已經用完，則向db再申請一個新的可用號段，多臺server之間因為號段生成算法的原子性，而保證每臺server上的可用號段不重，從而使id生成不重。?可以看到如果tinyid-server如果重啟了，那么號段就作廢了，會浪費一部分id；同時id也不會連續(xù)；每次請求可能會打到不同的機器上，id也不是單調遞增的，而是趨勢遞增的，不過這對于大部分業(yè)務都是可接受的。
簡單架構的問題
到此一個簡單的id生成系統(tǒng)就完成了，那么是否還存在問題呢？回想一下我們最開始的id生成系統(tǒng)要求，高性能、高可用、簡單易用，在上面這套架構里，至少還存在以下問題:
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當id用完時需要訪問db加載新的號段，db更新也可能存在version沖突，此時id生成耗時明顯增加
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db是一個單點，雖然db可以建設主從等高可用架構，但始終是一個單點
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使用http方式獲取一個id，存在網絡開銷，性能和可用性都不太好
優(yōu)化辦法如下:
(1)雙號段緩存
對于號段用完需要訪問db，我們很容易想到在號段用到一定程度的時候，就去異步加載下一個號段，保證內存中始終有可用號段，則可避免性能波動。
(2)增加多db支持
db只有一個master時，如果db不可用(down掉或者主從延遲比較大)，則獲取號段不可用。實際上我們可以支持多個db，比如2個db，A和B，我們獲取號段可以隨機從其中一臺上獲取。那么如果A,B都獲取到了同一號段，我們怎么保證生成的id不重呢？tinyid是這么做的，讓A只生成偶數id，B只生產奇數id，對應的db設計增加了兩個字段，如下所示
| 1 | 1000 | 2000 | 1000 | 2 | 0 | 0 |
delta代表id每次的增量，remainder代表余數，例如可以將A，B都delta都設置2，remainder分別設置為0，1則，A的號段只生成偶數號段，B是奇數號段。通過delta和remainder兩個字段我們可以根據使用方的需求靈活設計db個數，同時也可以為使用方提供只生產類似奇數的id序列。
(3) 增加tinyid-client
使用http獲取一個id，存在網絡開銷，是否可以本地生成id？為此我們提供了tinyid-client，我們可以向tinyid-server發(fā)送請求來獲取可用號段，之后在本地構建雙號段、id生成，如此id生成則變成純本地操作，性能大大提升，因為本地有雙號段緩存，則可以容忍tinyid-server一段時間的down掉，可用性也有了比較大的提升。
(4) tinyid最終架構
最終我們的架構可能是這樣的
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tinyid提供http和tinyid-client兩種方式接入
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tinyid-server內部緩存兩個號段
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號段基于db生成，具有原子性
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db支持多個
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tinyid-server內置easy-router選擇db
項目地址
github地址：https://github.com/didi/tinyid
總結
以上是生活随笔為你收集整理的滴滴开源的分布式id生成系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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