场景

设计一个分布式唯一 ID 生成器，为分布式系统提供全局唯一的 ID。

需求点：

1. ID 必须全局唯一
2. ID 只包含数字
3. ID 按时间趋势递增
4. 64 位长度
5. 支持每秒生成 10000 个 ID

估算

• QPS：10000 次/秒
• 峰值 QPS：20000 次/秒
• 每个 ID 8 字节，每秒产生 80KB 数据

设计

方案对比

UUID

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

优点：简单，无需中心化服务 缺点：

• 128 位太长，存储空间大
• 无序，作为主键性能差
• 包含字母，不满足纯数字要求

数据库自增

CREATE TABLE id_generator (
    id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY
);

优点：简单，有序递增 缺点：

• 单点故障
• 性能瓶颈
• 分库分表后难以保证唯一

数据库号段模式

每次从数据库获取一段 ID（如 1000 个），本地缓存使用。

CREATE TABLE id_segment (
    biz_tag VARCHAR(64) PRIMARY KEY,
    max_id BIGINT,
    step INT,
    updated_at TIMESTAMP
);

优点：减少数据库访问，性能高 缺点：服务重启会浪费部分 ID

雪花算法（Snowflake）⭐ 推荐

┌─────────┬──────────────┬────────────┬──────────────┐
│ 符号位  │   时间戳      │  机器ID    │   序列号     │
│  1bit   │   41bit      │   10bit    │    12bit     │
└─────────┴──────────────┴────────────┴──────────────┘

• 符号位：固定为 0，保证 ID 为正数
• 时间戳：41 位，可用 69 年
• 机器ID：10 位，支持 1024 个节点
• 序列号：12 位，每毫秒可生成 4096 个 ID

优点：

• 本地生成，无需网络调用
• 趋势递增
• 高性能，单机每秒可生成 400 万个 ID

缺点：

• 依赖机器时钟，时钟回拨会导致 ID 重复

雪花算法实现

public class SnowflakeIdGenerator {
    private final long epoch = 1609459200000L; // 2021-01-01
    private final long workerIdBits = 10L;
    private final long sequenceBits = 12L;
    
    private final long maxWorkerId = ~(-1L << workerIdBits);
    private final long sequenceMask = ~(-1L << sequenceBits);
    
    private final long workerIdShift = sequenceBits;
    private final long timestampShift = sequenceBits + workerIdBits;
    
    private long workerId;
    private long sequence = 0L;
    private long lastTimestamp = -1L;
    
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards");
        }
        
        if (timestamp == lastTimestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = waitNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }
        
        lastTimestamp = timestamp;
        
        return ((timestamp - epoch) << timestampShift)
             | (workerId << workerIdShift)
             | sequence;
    }
}

时钟回拨处理

1. 抛出异常：简单粗暴，让业务重试
2. 等待追上：如果回拨时间短（<5ms），等待时钟追上
3. 备用机器ID：切换到备用机器 ID 继续生成

总结

开源实现：

• 美团 Leaf：支持号段模式和雪花算法
• 百度 UidGenerator：增强版雪花算法
• 滴滴 TinyID：号段模式