分布式系統中設計分布式 ID 對于確保訂單、用戶或記錄等實體的唯一性至關重要。

分布式 ID 的設計需求

• 唯一性：ID 必須在所有服務或系統中全局唯一。
• 可擴展性：系統應能夠在高負載下以高吞吐量生成 ID。
• 排序性：在某些用例中，ID 需要是有序或大致按時間排序的（例如用于排序）。
• 避免碰撞：兩個 ID 相同的概率應當極小。
• 去中心化：ID 的生成應不依賴單一的生成器，避免單點故障。
• 可用性：即使在網絡分區時，ID 生成系統也應能正常工作。
• 緊湊性：ID 的格式應在存儲時高效，特別是在數據庫或日志中。
• 透明性：有時 ID 需要嵌入元數據（如時間戳或機器 ID ）以便調試或追蹤。

常見的分布式 ID 解決方案

(1) UUID（通用唯一標識符）

• 版本1：基于時間戳，包含時間戳和節點特定的信息（如 MAC 地址）。
• 版本4：隨機生成，提供高度的唯一性。
• 優點：簡單，廣泛應用于多種編程語言中。
• 缺點：無序，較大（128位），不能輕易按生成時間排序。
• 適用場景：適用于排序要求不高的分布式系統，如對象存儲或用戶 ID。

(2) Snowflake 算法（Twitter）

一個 64 位的 ID，包含以下部分：

• 41 位用于時間戳（從某個自定義的紀元開始的毫秒數）。
• 10 位用于機器 ID（數據中心或節點 ID）。
• 12 位用于序列號（確保同一毫秒內生成的多個 ID 是唯一的）。
• 優點：時間排序，具有良好的擴展性，支持高吞吐量（每個節點每毫秒最多生成 4096 個 ID）。
• 缺點：需要節點間時間同步。
• 適用場景：常用于分布式系統，如微服務或訂單管理系統。

(3) 數據庫序列

數據庫系統通常提供自增 ID 生成（例如 MySQL 的 AUTO_INCREMENT 或 PostgreSQL 的 SERIAL）。

• 優點：簡單且可靠，適用于小型集中式系統。
• 缺點：無法很好地擴展到分布式系統，會引入單點故障。
• 適用場景：適用于無需高擴展性的簡單應用。

(4) KSUID（K-可排序的唯一標識符）

128 位 ID，嵌入時間戳和隨機部分。

• 優點：ID 按生成時間可排序（字典序），比 UUID 更小。
• 缺點：稍微比 UUID 復雜，空間效率不如 Snowflake。
• 適用場景：適用于需要字典序排序和較長生命周期的場景，如日志聚合系統。

(5) Redis / MongoDB 的序列生成器

像 Redis 或 MongoDB 這樣的系統可以通過原子操作充當集中式的 ID 生成器。

• 優點：提供集中控制，并且具有高吞吐量。
• 缺點：存在單點故障，依賴 Redis/MongoDB 的可用性。
• 適用場景：適用于分布式系統，中央節點可以在沒有高可用性要求的情況下生成 ID。

選擇解決方案的考慮因素

• 吞吐量需求：如果系統需要每秒生成數百萬個 ID，Snowflake 或 Redis-based 方案比 UUID 更合適。
• 有序還是隨機：如果 ID 需要按時間排序，可以考慮 Snowflake、KSUID。
• 存儲限制：與 KSUID 相比，Snowflake ID 更小，如果存儲大小至關重要，可以選擇更緊湊的格式。
• 元數據：如果需要在ID中包含元數據，Snowflake ID 或自定義哈希方案可以編碼時間戳或機器 ID 等信息。

每種解決方案適合不同的用例，具體選擇取決于擴展性、排序和存儲大小等因素。Snowflake 和 UUID 是現代分布式系統中最常采用的方案。