分布式全局唯一ID生成方案
在复杂分布式系统中，往往需要对大量的数据和消息进行唯一标识。比如京东等电商平台的订单ID，微信等IM应用的消息ID等。业务系统对ID号的要求大致有下面这些（不能全部满足，有些要求是互斥的）：
1.全局唯一性：不能出现重复的ID号，既然是唯一标识，这是最基本的要求
2.趋势递增：在一段时间内，生成的ID是递增的趋势。如：再一段时间内生成的ID在【0，1000】之间，过段时间生成的ID在【1000，2000】之间。但在【0-1000】区间内的时候，ID生成有可能第一次是12，第二次是10，第三次是14。
3.单调递增：保证下一个ID一定大于上一个ID，例如事务版本号、IM增量消息、排序等特殊需求。
4.ID要尽量简短，保证较高的查询效率。
5.信息安全：如果ID是连续的，恶意用户的扒取工作就非常容易做了，直接按照顺序下载指定URL即可；如果是订单号就更危险了，竞争对手可以直接知道我们一天的单量。所以在一些应用场景下，会需要ID无规则、不规则。
同时，由于业务系统强依赖于ID号，如果ID生成系统瘫痪，这就会带来一场灾难，所以对ID系统的性能和稳定性要求如下：
1.平均延迟和TP999延迟都要尽可能低；2.可用性5个9；3.高QPS；4.高稳定性，高可用。
方案一：UUID
UUID(Universally Unique Identifier)的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为8-4-4-4-12的36个字符，示例：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。
优点：
代码实现简单。
本机生成，没有性能问题
因为是全球唯一的ID，所以迁移数据容易
缺点：
每次生成的ID是无序的，无法保证趋势递增
查询效率慢，如果作为数据库主键，在InnoDB引擎下，使用的是B+tree索引，如果我们的插入完全无序，不但会导致一些中间节点产生分裂，也会白白创造出很多不饱和的节点，这样大大降低了数据库插入的性能。
存储空间大，UUID太长，16字节128位，通常以36长度的字符串表示
ID本事无业务含义，不可读
信息不安全：基于MAC地址生成UUID的算法可能会造成MAC地址泄露，这个漏洞曾被用于寻找梅丽莎病毒的制作者位置。
方案二：雪花snowflake算法
雪花算法生成64位的二进制正整数，然后转换成10进制的数。64位二进制数由如下部分组成：
1位标识符：始终是0；41位时间戳：41位时间截不是存储当前时间的时间截，而是存储时间截的差值（当前时间截 - 开始时间截 )得到的值，这里的的开始时间截，一般是我们的id生成器开始使用的时间，由我们程序来指定的；10位机器标识码：可以部署在1024个节点，如果机器分机房（IDC）部署，这10位可以由 5位机房ID + 5位机器ID 组成；12位序列：毫秒内的计数，12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒(同一机器，同一时间截)产生4096个ID序号。
优点：
此方案每秒能够产生409.6万个ID，性能快
时间戳在高位，自增序列在低位，整个ID是趋势递增的，按照时间有序递增
灵活度高，可以根据业务需求，调整bit位的划分，满足不同的需求
缺点：
依赖机器的时钟，如果服务器时钟回拨，会导致重复ID生成
在分布式场景中，服务器时钟回拨会经常遇到，一般存在10ms之间的回拨；小伙伴们就说这点10ms，很短可以不考虑吧。但此算法就是建立在毫秒级别的生成方案，一旦回拨，就很有可能存在重复ID。那么如何解决时钟回拨问题呢？
参见上图整个启动流程图，服务启动时首先检查自己是否写过ZooKeeper leaf_forever节点：
若写过，则用自身系统时间与leaf_forever/${self}节点记录时间做比较，若小于leaf_forever/${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}。
由于强依赖时钟，对时间的要求比较敏感，在机器工作时NTP同步也会造成秒级别的回退，建议可以直接关闭NTP同步。要么在时钟回拨的时候直接不提供服务直接返回ERROR_CODE，等时钟追上即可。或者做一层重试，然后上报报警系统，更或者是发现有时钟回拨之后自动摘除本身节点并报警。
方案三：Redis生成ID
这主要依赖于Redis是单线程的，所以也可以用生成全局唯一的ID。可以用Redis的原子操作 INCR和INCRBY来实现。比较适合使用Redis来生成每天从0开始的流水号。比如订单号=日期+当日自增长号。可以每天在Redis中生成一个Key，使用INCR进行累加。
优点：
不依赖于数据库，灵活方便，且性能优于数据库。
数字ID天然排序并自增，对分页或者需要排序的结果很有帮助。
缺点：
占用带宽，每次要向redis进行请求。
如果系统中没有Redis，还需要引入新的组件，增加系统复杂度。
需要编码和配置的工作量比较大。
强依赖redis，redis出问题业务不可用。
方案四：利用zookeeper生成唯一ID
zookeeper主要通过其znode数据版本来生成序列号，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。很少会使用zookeeper来生成唯一ID。主要是由于需要依赖zookeeper，并且是多步调用API，如果在竞争较大的情况下，需要考虑使用分布式锁。因此性能在高并发的分布式环境下不甚理想。
方案五：数据库生成
以MySQL举例，利用给字段设置auto_increment_increment和auto_increment_offset来保证ID自增，每次业务使用下列SQL读写MySQL得到ID号。
优点：
非常简单，利用现有数据库系统的功能实现，成本小，有DBA专业维护。
ID号趋势递增（不分库的话就是单调递增），可以实现一些对ID有特殊要求的业务。
缺点：
强依赖DB，当DB异常时整个系统不可用，属于致命问题。配置主从复制可以尽可能的增加可用性，但是数据一致性在特殊情况下难以保证。主从切换时的不一致可能会导致重复发号。
一旦把步长定好后，就无法扩容；而且单个数据库的压力大，数据库自身性能无法满足高并发。
方案六：数据库segment方案
原方案每次获取ID都得读写一次数据库，造成数据库压力大。改为利用proxy server批量获取，每次获取一个segment(step决定大小)号段的值。用完之后再去数据库获取新的号段，可以大大的减轻数据库的压力。 - 各个业务不同的发号需求用biz_tag字段来区分，每个biz-tag的ID获取相互隔离，互不影响。
1、【用户服务】在注册一个用户时，需要一个用户ID；会请求【生成ID服务(是独立的应用)】的接口
2、【生成ID服务】会去查询数据库，找到user_tag的id，现在的max_id为0，step=1000
3、【生成ID服务】把max_id和step返回给【用户服务】；并且把max_id更新为max_id = max_id + step，即更新为1000
4、【用户服务】获得max_id=0，step=1000；
5、 这个用户服务可以用ID=【max_id + 1，max_id+step】区间的ID，即为【1，1000】
6、【用户服务】会把这个区间保存到jvm中
7、【用户服务】需要用到ID的时候，在区间【1，1000】中依次获取id，可采用AtomicLong中的getAndIncrement方法。
8、如果把区间的值用完了，再去请求【生产ID服务】接口，获取到max_id为1000，即可以用【max_id + 1，max_id+step】区间的ID，即为【1001，2000】
优点：
生成ID服务可以很方便的线性扩展，性能完全能够支撑大多数业务场景。
ID号码是趋势递增的8byte的64位数字，满足上述数据库存储的主键要求。
容灾性高：在一段区间内，是在jvm内存中获取的。即使数据库宕机了，系统也不受影响，ID还能维持一段时间。
可以自定义max_id的大小，非常方便业务从原有的ID方式上迁移过来。
缺点：
ID号码不够随机，能够泄露发号数量的信息，不太安全。
TP999数据波动大，当号段使用完之后还是会hang在更新数据库的I/O上，tg999数据会出现偶尔的尖刺。
DB宕机会造成整个系统不可用。
以上方案中，如果是多个用户服务，同时获取ID，同时去请求【ID服务】，在获取max_id的时候会存在并发问题。可以加分布式锁，保证同一时刻只有一个用户服务获取max_id。当然也可以用数据库自身的锁去解决。
利用事务方式加行锁，上面的语句，在没有执行完之前，是不允许第二个用户服务请求过来的，第二个请求只能阻塞。可以采用双buffer方案来解决阻塞问题：
因为会有一个线程，会观察什么时候去自动获取。两个buffer之间自行切换使用。就解决了突发阻塞的问题。
总结：
业务系统根据自身目前架构和业务要求选择适合自己的ID生成方案。
参考文章：
