为什么在京东面试中需要理解分布式ID的重要性？深度解析分布式ID的实现方法与应用场景

今天，我将与大家分享一位读者在京东面试中遇到的一个问题：“为什么需要分布式ID？在你的项目中，你是如何实现的？”在这篇文章中，我将探讨分布式ID的相关知识，包括其基本要求及常见解决方案。

分布式ID的基础知识

ID的定义

在日常开发中，我们需要使用ID对系统中的数据进行唯一标识。例如，用户ID对应唯一的用户，商品ID对应具体的商品，订单ID则对应特定的订单。在生活中，我们也使用各种ID，例如身份证ID对应唯一的个人，地址ID对应特定的地点。

简而言之，ID是数据的唯一标识符。

分布式ID的概念

分布式ID是在分布式系统中使用的ID。与现实生活中的ID不同，分布式ID是计算机系统中的一个概念。

让我举一个分库分表的例子。在某个项目中，我们最初使用的是单机MySQL。然而，项目上线一个月后，随着用户数量的增加，系统数据量迅速膨胀，单机MySQL已经无法支持了，因此需要进行分库分表（推荐使用Sharding-JDBC）。

在分库后，数据分散在不同服务器的数据库中，数据库的自增主键无法满足全局唯一性的要求。**在这种情况下，我们如何为不同的数据节点生成全局唯一的主键呢？**这时，分布式ID的生成就显得尤为重要。

分布式ID的基本要求

分布式ID是分布式系统中的关键组成部分，广泛应用于各个地方。一个基本的分布式ID生成方案需要满足以下要求：

全局唯一性：分布式ID必须在全局范围内唯一。
高性能：ID的生成速度要快，并且对本地资源的消耗要小。
高可用性：生成ID的服务要尽可能保持高可用性。
易于使用：应当方便接入，能够快速上手。

此外，理想的分布式ID还应具备以下特性：

安全性：ID中不应包含任何敏感信息。
有序递增：当将ID存储到数据库时，ID的有序性能够提升数据库的写入效率，且我们还可能通过ID进行排序。
业务含义：生成的ID如果能与具体业务相关联，将有助于问题定位和开发透明化。
独立部署：分布式ID生成服务应当独立于其他业务相关服务，尽管这会增加网络调用的消耗，但在需求较高的场景下，独立的发号器服务是必要的。

常见的分布式ID解决方案

数据库

主键自增方式

此方式是最简单的，通过关系型数据库的自增主键生成唯一ID。例如，在MySQL中，可以通过以下步骤实现：

创建一个数据库表：

CREATE TABLE `sequence_id` (  
  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,  
  `stub` char(10) NOT NULL DEFAULT '',  
  PRIMARY KEY (`id`),  
  UNIQUE KEY `stub` (`stub`)  
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

使用replace into插入数据并获取ID：

BEGIN;  
REPLACE INTO sequence_id (stub) VALUES ('stub');  
SELECT LAST_INSERT_ID();  
COMMIT;

这种方式的优缺点明显：

优点：实现简单，ID有序递增，存储空间消耗小。
缺点：并发支持有限，存在数据库单点故障风险（可通过数据库集群解决，但会增加复杂性），ID缺乏业务含义，获取ID时需访问数据库（增加压力，速度较慢）。

数据库号段模式

由于主键自增模式在ID需求较大时存在性能瓶颈，我们可以采用号段模式，批量获取并存储在内存中，从而提高性能。

以MySQL为例，步骤如下：

创建数据库表：

CREATE TABLE `sequence_id_generator` (  
  `id` int(10) NOT NULL,  
  `current_max_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '当前最大id',  
  `step` int(10) NOT NULL COMMENT '号段的长度',  
  `version` int(20) NOT NULL COMMENT '版本号',  
  `biz_type` int(20) NOT NULL COMMENT '业务类型',  
  PRIMARY KEY (`id`)  
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

插入一行数据：

INSERT INTO `sequence_id_generator` (`id`, `current_max_id`, `step`, `version`, `biz_type`)  
VALUES  
  (1, 0, 100, 0, 101);

通过SELECT获取批量唯一ID：

SELECT `current_max_id`, `step`, `version` FROM `sequence_id_generator` WHERE `biz_type` = 101

更新以获取新的ID：

UPDATE sequence_id_generator SET current_max_id = current_max_id + 100, version = version + 1 WHERE version = 0 AND `biz_type` = 101  
SELECT `current_max_id`, `step`, `version` FROM `sequence_id_generator` WHERE `biz_type` = 101

数据库的号段模式相较自增主键方式，减少了对数据库的访问次数，减轻了数据库的压力。为了避免单点故障，可以使用主从模式提高可用性。

NoSQL

在大多数情况下，使用Redis来生成分布式ID也非常流行。通过Redis的incr命令，可以轻松实现ID的原子递增：

127.0.0.1:6379> set sequence_id_biz_type 1  
OK  
127.0.0.1:6379> incr sequence_id_biz_type  
(integer) 2  
127.0.0.1:6379> get sequence_id_biz_type  
"2"

为了提高可用性和并发性能，可以采用Redis Cluster或开源的Codis集群方案。