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唯一序列号生成方案 |
唯一序列号生成方案，为自行生成唯一 ID 的开发者提供帮助。 |
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本章将介绍唯一序列号生成方案，为自行生成唯一 ID 的开发者提供帮助。
自增（auto_increment）是大多数兼容 MySQL 协议的 RDBMS 上列的一种属性，通过配置该属性来使数据库为该列的值自动赋值，用户不需要为该列赋值，该列的值随着表内记录增加会自动增长，并确保唯一性。在大多数场景中，自增列并未拥有业务属性，仅仅代表了这一行数据，即被作为无业务含义的代理主键使用。自增列的局限性在于：自增列只能采用整型字段，所赋的值也只能为整型。假设业务所需要的序列号由字母、数字及其他字符拼接而成，用户将难以通过自增列来获取序列号中所需的数字自增值。
序列是一种数据库对象，应用程序通过调用某个序列可以产生递增的序列值，应用程序可以灵活的使用这个序列值为一张表或多张表赋值，也可以使用序列值进行更复杂的加工，来实现文本和数字的组合，来赋予代理键以一定的跟踪和分类的意义。从 TiDB v4.0 版本开始提供序列功能，详情请参考 CREATE SEQUENCE。
Snowflake 是 Twitter 提出的分布式 ID 生成方案。目前有多种实现，较流行的是百度的 uid-generator 和美团的 leaf。下面以 uid-generator 为例展开说明。
uid-generator 生成的 64 位 ID 结构如下：
| sign | delta seconds | worker node id | sequencs |
|------|---------------|----------------|----------|
| 1bit | 28bits | 22bits | 13bits |
- sign：长度固定为 1 位。固定为 0，表示生成的 ID 始终为正数。
- delta seconds：默认 28 位。当前时间，表示为相对于某个预设时间基点 (默认"2016-05-20") 的增量值，单位为秒。28 位最多可支持约 8.7 年。
- worker node id：默认 22 位。表示机器 id，通常在应用程序进程启动时从一个集中式的 ID 生成器取得。常见的集中式 ID 生成器是数据库自增列或者 Zookeeper。默认分配策略为用后即弃，进程重启时会重新获取一个新的 worker node id，22 位最多可支持约 420 万次启动。
- sequence：默认 13 位。表示每秒的并发序列，13 位可支持每秒 8192 个并发。
号段分配方案可以理解为从数据库批量获取自增 ID。本方案需要一张序列号生成表，每行记录表示一个序列对象。表定义示例如下：
| 字段名 | 字段类型 | 字段说明 |
|---|---|---|
| SEQ_NAME | varchar(128) | 序列名称，用来区分不同业务 |
| MAX_ID | bigint(20) | 当前序列已被分配出去的最大值 |
| STEP | int(11) | 步长，表示每次分配的号段长度 |
应用程序每次按配置好的步长获取一段序列号，并同时更新数据库以持久化保存当前序列已被分配出去的最大值，然后在应用程序内存中即可完成序列号加工及分配动作。待一段号码耗尽之后，应用程序才会去获取新的号段，这样就有效降低了数据库写入压力。实际使用过程中，还可以适度调节步长以控制数据库记录的更新频度。
最后，需要注意的是，上述两种方案生成的 ID 都不够随机，不适合直接作为 TiDB 表的主键。实际使用过程中可以对生成的 ID 进行位反转（bit-reverse）后得到一个较为随机的新 ID。例如，经过位反转后，ID 00000010100101000001111010011100 变为 00111001011110000010100101000000，ID 11111111111111111111111111111101 变为 10111111111111111111111111111111。