程序中的唯一標(biāo)識符對于跟蹤非常有用。當(dāng)這些 id 包含高分辨率時(shí)間戳?xí)r，它們會更加有用。

唯一標(biāo)識符不僅記錄事件的時(shí)間，而且是唯一可以幫助跟蹤通過系統(tǒng)的事件。

這種獨(dú)特的時(shí)間戳根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不一樣，所需要的成本會比較高。

接下來我們探討了一種輕量級的方法，可以在我們研發(fā)中生成一個(gè)獨(dú)特的、單調(diào)遞增的納秒分辨率時(shí)間戳。

唯一標(biāo)識符的用途

唯一標(biāo)識符可用于與一條信息相關(guān)聯(lián)，以便以后可以明確地引用信息。它可以是事件、請求、訂單 ID 或客戶 ID。

它們的業(yè)務(wù)可以用作數(shù)據(jù)庫或鍵/值存儲中的主鍵，以便后面檢索辨識該信息。

生成這些標(biāo)識符的挑戰(zhàn)之一是在不增加成本的同時(shí)避免創(chuàng)建重復(fù)項(xiàng)。

我們可以記錄在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建的每個(gè)標(biāo)識符，但是我們要添加更多標(biāo)識符時(shí)，這會使用 O(n) 存儲。

您可以生成一個(gè)隨機(jī)標(biāo)識符，例如不太可能重復(fù)的 UUID，但是，這會創(chuàng)建比較大 id(不要看只是一個(gè)字符串，當(dāng)量大時(shí)，就非常龐大了)，否則不包含任何信息。例如，UUID 可能看起來像

d85686f5-7a53-4682-9177-0b64037af336。

此 UUID 可以存儲為 16 個(gè)字節(jié)，但通常存儲為占用 40 個(gè)字節(jié)內(nèi)存的對象。

使用 256 位可降低重復(fù)標(biāo)識符的風(fēng)險(xiǎn)，但會使內(nèi)存增加一倍。

時(shí)間戳作為唯一標(biāo)識符

使用時(shí)間戳有兩個(gè)好處。您不需要存儲太多信息，因?yàn)闀r(shí)鐘是驅(qū)動程序的。您只需要檢查兩個(gè)不同時(shí)間的線程，缺點(diǎn)是在重新啟動時(shí)丟失，例如，時(shí)鐘時(shí)間應(yīng)該已經(jīng)足夠長，仍然不會得到重復(fù)的時(shí)間戳。

這樣的標(biāo)識符也更容易閱讀，并提供對跟蹤有用的附加信息。基于時(shí)間戳的唯一標(biāo)識符可能類似于2021-12-20T23:30:51.8453925。

這個(gè)時(shí)間戳可以存儲在 LocalDateTime 對象中，可以存儲為 8 個(gè)字節(jié)長。

MappedUniqueTimeProvider 代碼

這是GitHub 上提供的MappedUniqueTimeProvider的精簡版

/**
 * Timestamps are unique across threads/processes on a single machine.
 */
public enum MappedUniqueTimeProvider implements TimeProvider {
    INSTANCE;
    private final Bytes bytes;
    private TimeProvider provider = SystemTimeProvider.INSTANCE;
    MappedUniqueTimeProvider() {
        String user = System.getProperty("user.name", "unknown");
        MappedFile file = MappedFile.mappedFile(OS.TMP + "/.time-stamp." + user + ".dat", OS.pageSize(), 0);
        bytes = file.acquireBytesForWrite(mumtp, 0);
    }
    @Override
    public long currentTimeNanos() throws IllegalStateException {
        long time = provider.currentTimeNanos(), time5 = time >>> 5;
        long time0 = bytes.readVolatileLong(LAST_TIME), timeNanos5 = time0 >>> 5;

        if (time5 > timeNanos5 && bytes.compareAndSwapLong(LAST_TIME, time0, time))
            return time;
        while (true) {
            time0 = bytes.readVolatileLong(LAST_TIME);
            long next = (time0 + 0x20) & ~0x1f;
            if (bytes.compareAndSwapLong(LAST_TIME, time0, next))
                return next;
            Jvm.nanoPause();
        }
    }
}

以下技術(shù)已用于確保時(shí)間戳的唯一性和效率

內(nèi)存共享

TimeProvider 使用共享內(nèi)存來確保納秒分辨率時(shí)間是唯一的。內(nèi)存映射文件以線程安全的方式訪問，以確保時(shí)間戳單調(diào)遞增。Chronicle Bytes有一個(gè)庫支持對內(nèi)存映射文件的線程安全訪問。

讀取內(nèi)存映射文件中的值并嘗試在循環(huán)中更新。CAS 或compare-and-swap操作是原子的，并檢查先前的值沒有被另一個(gè)線程更改。當(dāng)然，這是在同一臺服務(wù)上的一個(gè)線程上操作。

存儲一個(gè)納秒的時(shí)間戳

我們使用原始的 long 來存儲時(shí)間戳可以提高效率，但這可更難使用，我們支持print和解析稱為。

NanoTimestampLongConverter的長時(shí)間戳，我們也將這些時(shí)間戳解析并隱式呈現(xiàn)為文本使其更容易打印、調(diào)試和創(chuàng)建單元測試。

public class Event extends SelfDescribingMarshallable {
    @LongConversion(NanoTimestampLongConverter.class)
    long time;
}
Event e = new Event();
e.time = CLOCK.currentTimeNanos();
String str = e.toString();
Event e2 = Marshallable.fromString(str);
System.out.println(e2);
Prints
!net.openhft.chronicle.wire.Event {
  time: 2021-12-20T23:30:51.8453925
}

由于納秒時(shí)間戳是一種高分辨率格式，它只會持續(xù)到 2262 年作為有符號長整數(shù)或 2554 年，值溢出之前，可以假設(shè)它是無符號長整數(shù)。

我們已經(jīng)將時(shí)間戳中的額外位置用于其他目的，例如存儲主機(jī)標(biāo)識符或源 ID。出于這個(gè)原因，我們還確保時(shí)間戳對于 32 ns 的倍數(shù)是唯一的，我們?nèi)绻敢猓梢詫⒌?5 位用于其他目的。

效果

在正常操作下，在服務(wù)器上獲得唯一的納秒時(shí)間戳需要不到 50 ns。在繁重的多線程負(fù)載下，可能需要幾百納秒。

MappedUniqueTimeProvider 應(yīng)用程序可以維持超過 3000 萬/秒的生成。

可重啟性

只要時(shí)間不倒退，這種策略就可以丟失所有狀態(tài)，但仍能確保僅從時(shí)鐘上的唯一性。如果時(shí)鐘時(shí)間確實(shí)倒退了一個(gè)小時(shí)，那么狀態(tài)將確保沒有重復(fù)，但是，在時(shí)鐘趕上之前，時(shí)間戳不會與時(shí)鐘匹配。

結(jié)論

可以有一個(gè)輕量級的、唯一的標(biāo)識符生成器來保存納秒時(shí)間戳。