分布式系统中生成唯一ID在后台开发是经常遇到的架构设计，当然方案有很多，比如通过redis或者数据库实现自增。但是如果依赖redis或者数据库，会导致单点问题，在架构上反而需要考虑点更多，那怎么解决呢？

首先分布式唯一ID需要支持如下：

方案：

单机生成方式

UUID（Universally Unique Identifier，即通用唯一标识码）算法的目的是生成某种形式的全局唯一ID来标识系统中的任一元素，尤其是在分布式环境下，UUID可以不依赖中心认证即可自动生成全局唯一ID。UUID的标准形式为32个十六进制数组成的字符串，且分割为五个部分，例如：执行：cat /proc/sys/kernel/random/uuid，输出：70048d49-6ef3-4ba6-84c4-1e6e37ec2f4a。

缺点：

2、Snowflake

snowflake(雪花算法)是一个开源的分布式ID生成算法，结果是一个long型的ID。snowflake算法将64bit划分为多段，分开来标识机器、时间等信息，其中格式如下：

bit bit时间戳 bit机器号bit序列递增

snowflake算法优势是支持递增，可以根据自己的算法改造使用bit位，不过存在如下缺点：

第三方模块生成方式

通过mysql，redis，zk或者ticket server实现架构如下：

前面提到依赖mysql也可以实现序列号，mysql的auto_increment可以保证全局唯一，不过需要依赖数据库，性能上会有影响。

当然提升性能的方式就是将mysql设置主从模式，但是只是为了序列号生成，部署多个mysql实例确实有些浪费。

redis同样可以实现递增，而且可以保证原子，比如通过incr或者incrby，虽然性能比mysql要好很多，我测试下来4c8g情况下可以支持10W+qps，不过存在单点维护问题。

3、Zookeeper

利用zookeeper的znode也可以生成序列号，可以生成32位和64位的数据版本号，客户端可以使用这个版本号来作为唯一的序列号，不过zk的性能比较差，在高并发场景下基本不建议采用。

4、Ticket Server

Ticket Server类似单独的票据服务，可以通过自己的逻辑生成唯一序列号，比如实现上可以使用原子递增，或者根据各个业务的特性进行适配。

不过要实现完整的容灾体系下可持久的服务工作量是不小的，对于没有太多特殊需求的场景，更建议依赖redis或者mysql。

号段生成方式

1、大厂方案：美团Leaf-segment和Leaf-snowflake方案

1.1 Leaf-segment

具体技术介绍：。Leaf-segment主要解决思路是：对直接用数据库自增ID充当分布式ID的一种优化，减少对数据库的访问频率，每次获取不是获取一个ID，而是获取一个号段，同时获取号段，将数据持久化到数据库中，这样可以解决分布式的抢占或者持久化问题，即使DB出现问题，也可以通过Master-Slave来解决。

1.2 Leaf-snowflake

Leaf-snowflake继续使用snowflake方案，主要解决了时钟不同步的问题，其中中间10bit机器号定义为WorkerID，Leaf-snowflake是按照下面几个步骤启动的：

若写过，则用自身系统时间与leaf_forever/节点记录时间做比较，若小于{self}时间则认为机器时间发生了大步长回拨，服务启动失败并报警；

若未写过，证明是新服务节点，直接创建持久节点leaf_forever/${self}并写入自身系统时间，接下来综合对比其余Leaf节点的系统时间来判断自身系统时间是否准确，具体做法是取leaf_temporary下的所有临时节点(所有运行中的Leaf-snowflake节点)的服务IP：Port，然后通过RPC请求得到所有节点的系统时间，计算sum(time)/nodeSize；

若abs( 系统时间-sum(time)/nodeSize ) < 阈值，认为当前系统时间准确，正常启动服务，同时写临时节点leaf_temporary/${self} 维持租约；

否则认为本机系统时间发生大步长偏移，启动失败并报警；

每隔一段时间(3s)上报自身系统时间写入leaf_forever/${self}；

2、大厂方案：滴滴Tinyid和百度UidGenerator

2.1 滴滴Tinyid

开源方案：。Tinyid和美团的Leaf-segment方案类似，从数据库批量的获取自增ID，每次从数据库取出一个号段范围，例如：(1,1000]代表1000个ID，业务服务将号段在本地生成1~1000的自增ID并加载到内存。Tinyid会将可用号段加载到内存中，并在内存中生成ID，可用号段在首次获取ID时加载，如当前号段使用达到一定比例时，系统会异步的去加载下一个可用号段，以此保证内存中始终有可用号段，以便在发号服务宕机后一段时间内还有可用ID。

2.2 百度UidGenerator

百度UidGenerator是基于snowflake方案改造，旨在解决时钟回拨，workerid不够等问题。

RingBuffer：UidGenerator不再在每次取ID时都实时计算分布式ID，而是利用RingBuffer数据结构预先生成若干个分布式ID并保存，引入boostPower可以控制每秒生成ID的上限能力；

时间递增：UidGenerator的时间类型是AtomicLong，且通过incrementAndGet()方法获取下一次的时间，从而脱离了对服务器时间的依赖，也就不会有时钟回拨的问题；

3、大厂方案：容灾

微信内部也是通过独立的seqsvr提供序列号生成，主要面对场景是微信中的消息版本，其中特性和挑战如下。

（1）两个特性：

（2）面临两个挑战：

如何解决分布式场景下的问题?

提供两层：StoreSvr和AllocSvr，分别是存储层和缓存中间层，分层后就能利用堆机器就可以解决问题；

每秒千万级别的QPS？

实现方案和美团Leaf-segment类似，每次提供一批seqid，这样从千万级别的qps就变成千级别的qps，不过不保证序列号是连续的，但是能保证是递增的。

每个Uin都需要存储max-seqid，存储量大？

每个用户需要加载一个max_seq（32bit），如果uin是2^32个，则需要存储数据大小为16GB，这样系统启动时候加载就会很慢，微信如何解决？通过区分Set，同一批共享同一个max_seqid，这样就减少加载的数据量。

容灾如何实现？

seqsvr服务虽然简单，解决了上述高性能的问题，但是要保证高可靠性还是非常难，我查了一下内部资料和infoQ一样，实现架构可以参考：。seqsvr最核心的点是什么呢？每个 uin 的sequence申请要递增不回退，但是约束条件是：任意时刻任意 uin 有且仅有一台 AllocSvr 提供服务，就可以比较容易地实现sequence递增不回退的要求。

（1）容灾1.0

但是上述面临问题：

（2）容灾2.0

通过提供 Client 路由表方式解决访问 AllocSvr 切换的问题，执行步骤如下：

总结

以上就是一些场景下生成分布式唯一ID的方案选择，分布式唯一ID的架构虽然简单，但是如果要实现高性能高可用，还是需要根据业务场景来考虑。所以说简单的事情要做好并非易事，但是在这些年的工作中总是会有很多人为了追求效率，总想找到捷径而放弃架构的基本演进路径方法论....

参考

（1）（2）（3）