什么是數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵 ID 生成策略

什么是數(shù)據(jù)庫(kù)主鍵 ID 生成策略？很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

                                                           前言：　

系統(tǒng)唯一 ID 是我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候常常會(huì)遇見(jiàn)的問(wèn)題，下面介紹一些常見(jiàn)的 ID 生成策略。

● Sequence ID

● UUID

● GUID

● COMB

● Snowflake

最開(kāi)始的自增 ID 為了實(shí)現(xiàn)分庫(kù)分別的需求，會(huì)在自增的前提下，使用不同起點(diǎn)，但需要做數(shù)據(jù)庫(kù)拓展時(shí)，極其麻煩。 比如剛開(kāi)始時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)某個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)有 10 個(gè)表，那么我們對(duì)于每個(gè)表的內(nèi)容都需要不同的 ID 我們就可以使用不同不長(zhǎng)自增的形式，比如，第一張表的是 1、11、21、31。。。 第二張表是 2、12、22、32。。。 第三張表是 3、13、23、33。。。 第十張表就是 10、20、30。。。 但是這樣的問(wèn)題就是，如果有一天我發(fā)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的 10 張表已經(jīng)不夠用了，我想要再添加一張表，那么這時(shí)的主鍵應(yīng)該怎么分配呢？ 另外，如果對(duì)于多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)希望合并，但是對(duì)于這種簡(jiǎn)單的生成 ID 方式，重復(fù)的可能性很大，所以幾乎一定會(huì)發(fā)生重復(fù)這種情況。  顯然，如果使用之前的方法的可擴(kuò)展性會(huì)比較差。

相比自增 ID，UUID 生成唯一主鍵更加方便（數(shù)據(jù)量非常大的情況下，存在重復(fù)的可能），但由于 UUID 的無(wú)序性，性能不如自增 ID，字符串儲(chǔ)存，儲(chǔ)存空間大，查詢效率低。關(guān)鍵：使用 uuid 的缺點(diǎn)是查詢效率低??！

COMB 相對(duì)于 UUID，增加了生成 ID 的有序性，插入與查詢效率都有所提高。 這篇文章有簡(jiǎn)單的分析。

Sonwflake 是 Twitter 主鍵生成策略，可以看做是 COMB 的一種改進(jìn)，用 64 位的長(zhǎng)整型代替 128 位的字符串。ID 構(gòu)成：第一位 0 + 41 位的時(shí)間前綴 + 10 位的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí) + 12 位的 sequence 避免并發(fā)的數(shù)字。

第一部分：Sequence ID

數(shù)據(jù)庫(kù)自增長(zhǎng)序列或字段，最常見(jiàn)的方式。由數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)，數(shù)據(jù)庫(kù)唯一。

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單，代碼方便，性能可以接受。

數(shù)字 ID 天然排序，對(duì)分頁(yè)或者需要排序的結(jié)果很有幫助。

缺點(diǎn)：

不同數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)法和實(shí)現(xiàn)不同，數(shù)據(jù)庫(kù)遷移的時(shí)候或多數(shù)據(jù)庫(kù)版本支持的時(shí)候需要處理。

在單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)或讀寫(xiě)分離或一主多從的情況下，只有一個(gè)主庫(kù)可以生成。有單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

在性能達(dá)不到要求的情況下，比較難于擴(kuò)展。

如果遇見(jiàn)多個(gè)系統(tǒng)需要合并或者涉及到數(shù)據(jù)遷移會(huì)相當(dāng)痛苦。

分表分庫(kù)的時(shí)候會(huì)有麻煩。

優(yōu)化方案：

針對(duì)主庫(kù)單點(diǎn)，如果有多個(gè) Master 庫(kù)，則每個(gè) Master 庫(kù)設(shè)置的起始數(shù)字不一樣，步長(zhǎng)一樣，可以是 Master 的個(gè)數(shù)。

比如：Master1 生成的是 1，4，7，10，Master2 生成的是 2,5,8,11 Master3 生成的是 3,6,9,12。這樣就可以有效生成集群中的唯一 ID，也可以大大降低 ID 生成數(shù)據(jù)庫(kù)操作的負(fù)載。

第二部分：UUID

npm 管理   https://www.npmjs.com/package/uuid

常見(jiàn)的方式，128 位。可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)也可以利用程序生成，一般來(lái)說(shuō)全球唯一。

UUID 是 128 位的全局唯一標(biāo)識(shí)符，通常由 32 字節(jié)的字符串表示。它可以保證時(shí)間和空間的唯一性，也稱為 GUID，全稱為：UUID ―― Universally Unique IDentifier，Python 中叫 UUID。

它通過(guò) MAC 地址、時(shí)間戳、命名空間、隨機(jī)數(shù)、偽隨機(jī)數(shù)來(lái)保證生成 ID 的唯一性。

UUID 主要有五個(gè)算法，也就是五種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（1）、uuid1()

――基于時(shí)間戳。由 MAC 地址、當(dāng)前時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)生成?？梢员ＷC全球范圍內(nèi)的唯一性，但 MAC 的使用同時(shí)帶來(lái)安全性問(wèn)題，局域網(wǎng)中可以使用 IP 來(lái)代替 MAC。

（2）、uuid2()

基于分布式計(jì)算環(huán)境 DCE（Python 中沒(méi)有這個(gè)函數(shù)）。算法與 uuid1 相同，不同的是把時(shí)間戳的前 4 位置換為 POSIX 的 UID。實(shí)際中很少用到該方法。

(3)、uuid3()

基于名字的 MD5 散列值。通過(guò)計(jì)算名字和命名空間的 MD5 散列值得到，保證了同一命名空間中不同名字的唯一性，和不同命名空間的唯一性，但同一命名空間的同一名字生成相同的 uuid。

（4）、uuid4()

基于隨機(jī)數(shù)。由偽隨機(jī)數(shù)得到，有一定的重復(fù)概率，該概率可以計(jì)算出來(lái)。

（5）、uuid5()

基于名字的 SHA-1 散列值。算法與 uuid3 相同，不同的是使用 Secure Hash Algorithm 1 算法。

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)單，代碼方便。

全球唯一，在遇見(jiàn)數(shù)據(jù)遷移，系統(tǒng)數(shù)據(jù)合并，或者數(shù)據(jù)庫(kù)變更等情況下，可以從容應(yīng)對(duì)。

缺點(diǎn)：

沒(méi)有排序，無(wú)法保證趨勢(shì)遞增。

UUID 往往是使用字符串存儲(chǔ)，查詢的效率比較低。

存儲(chǔ)空間比較大，如果是海量數(shù)據(jù)庫(kù)，就需要考慮存儲(chǔ)量的問(wèn)題。

傳輸數(shù)據(jù)量大

不可讀。

優(yōu)化方案：

為了解決 UUID 不可讀，可以使用 UUID to Int64 的方法。

第三部分： GUID

GUID：是微軟對(duì) UUID 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。UUID 還有其它各種實(shí)現(xiàn)，不止 GUID 一種。優(yōu)缺點(diǎn)同 UUID。

第四部分： COMB

COMB（combine）型是數(shù)據(jù)庫(kù)特有的一種設(shè)計(jì)思想，可以理解為一種改進(jìn)的 GUID，它通過(guò)組合 GUID 和系統(tǒng)時(shí)間，以使其在索引和檢索事有更優(yōu)的性能。

數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有 COMB 類型，它是 Jimmy Nilsson 在他的 “The Cost of GUIDs as Primary Keys” 一文中設(shè)計(jì)出來(lái)的。\

COMB 數(shù)據(jù)類型的基本設(shè)計(jì)思路是這樣的：既然 UniqueIdentifier 數(shù)據(jù)因毫無(wú)規(guī)律可言造成索引效率低下，影響了系統(tǒng)的性能，那么我們能不能通過(guò)組合的方式，保留 UniqueIdentifier 的前 10 個(gè)字節(jié)，用后 6 個(gè)字節(jié)表示 GUID 生成的時(shí)間（DateTime），這樣我們將時(shí)間信息與 UniqueIdentifier 組合起來(lái)，在保留 UniqueIdentifier 的唯一性的同時(shí)增加了有序性，以此來(lái)提高索引效率。

優(yōu)點(diǎn)：

解決 UUID 無(wú)序的問(wèn)題，在其主鍵生成方式中提供了 Comb 算法 (combined guid/timestamp)。保留 GUID 的 10 個(gè)字節(jié)，用另 6 個(gè)字節(jié)表示 GUID 生成的時(shí)間 (DateTime)。

性能優(yōu)于 UUID。

第五部分： Twitter 的 snowflake 算法

snowflake 是 Twitter 開(kāi)源的分布式 ID 生成算法，結(jié)果是一個(gè) long 型的 ID。其核心思想是：使用 41bit 作為毫秒數(shù)，10bit 作為機(jī)器的 ID（5 個(gè) bit 是數(shù)據(jù)中心，5 個(gè) bit 的機(jī)器 ID），12bit 作為毫秒內(nèi)的流水號(hào)（意味著每個(gè)節(jié)點(diǎn)在每毫秒可以產(chǎn)生 4096 個(gè) ID），最后還有一個(gè)符號(hào)位，永遠(yuǎn)是 0。snowflake 算法可以根據(jù)自身項(xiàng)目的需要進(jìn)行一定的修改。比如估算未來(lái)的數(shù)據(jù)中心個(gè)數(shù)，每個(gè)數(shù)據(jù)中心的機(jī)器數(shù)以及統(tǒng)一毫秒可以能的并發(fā)數(shù)來(lái)調(diào)整在算法中所需要的 bit 數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：

不依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)，靈活方便，且性能優(yōu)于數(shù)據(jù)庫(kù)。

ID 按照時(shí)間在單機(jī)上是遞增的。

缺點(diǎn)：

在單機(jī)上是遞增的，但是由于涉及到分布式環(huán)境，每臺(tái)機(jī)器上的時(shí)鐘不可能完全同步，也許有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)不是全局遞增的情況。

六、使用

這個(gè)使用起來(lái)是真的方便：

npm install uuid --save

然后就可以使用啦！

  const uuidv1 = require(‘uuid/v1‘);
  console.log(‘隨機(jī)uuid字符串‘, uuidv1());

這樣，我們就可以打印出來(lái) uuid 字符串了。 每次的都不一樣。

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