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imooc_cdd · 更新于 2020-11-12

ZooKeeper 實現(xiàn)分布式 ID

1. 前言

在我們使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲時，會給數(shù)據(jù)加上唯一標(biāo)識，也就是我們常說的 ID，通過唯一的 ID， 我們可以精確的定位到每一條數(shù)據(jù)，設(shè)置 ID 常用的方式有 MySQL 的主鍵自增，UUID，雪花算法等。

除了數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行唯一標(biāo)識的設(shè)置之外，在分布式環(huán)境中，集群中的每一個服務(wù)或者分布式服務(wù)的地址列表，我們都可以為它們設(shè)置唯一標(biāo)識 ID，通過這個 ID 我們可以更方便的獲取它們的服務(wù)提供者的信息和地址列表等數(shù)據(jù)。

本節(jié)我們就來學(xué)習(xí)如何使用 Zookeeper 來生成分布式的全局唯一 ID。

2. 分布式 ID

在使用 Zookeeper 生成分布式的全局唯一 ID 之前，我們先來了解什么是分布式 ID，為什么要使用分布式 ID ，以及分布式 ID 的實現(xiàn)方式有哪些。

分布式 ID，也就是在分布式的環(huán)境下，全局的唯一的 ID 。那么我們?yōu)槭裁匆褂梅植际?ID 呢？

在單體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，我們可以使用 MySQL 數(shù)據(jù)庫的主鍵自增來為我們的數(shù)據(jù)設(shè)置唯一標(biāo)識 ID，但是在分布式環(huán)境中，單個數(shù)據(jù)庫的吞吐量成為整個應(yīng)用的性能瓶頸，我們就可以搭建數(shù)據(jù)庫集群來提升數(shù)據(jù)庫的性能，此時如果還使用 MySQL 的主鍵自增來設(shè)置數(shù)據(jù) ID 的話，就會出現(xiàn)重復(fù)的 ID，這樣就會出現(xiàn)主鍵沖突的情況。

如果使用分布式的全局唯一 ID 就不用擔(dān)心會出現(xiàn)這個問題了。那么分布式 ID 的實現(xiàn)方式有哪些呢？接下來我們就對分布式 ID 的實現(xiàn)方式進(jìn)行介紹。

2.1 分布式 ID 的實現(xiàn)方式

本小節(jié)我們來簡單介紹一下常用的分布式 ID 的實現(xiàn)方式，例如：UUID，Redis，雪花算法等。

  • UUID

    Universally Unique Identifier 通用唯一標(biāo)識符，由 32 個字符組成，采用 16 進(jìn)制進(jìn)行編碼，定義了在時間和空間都完全唯一的系統(tǒng)信息。

    在 Java 中可以使用 java.util.UUID 的 randomUUID() 方法來獲得：

    java.util.UUID.randomUUID().toString();

    UUID 可以在本地生成，生成速度快，不依賴網(wǎng)絡(luò)和其它服務(wù)，但是 UUID 沒有可以識別的特點，也沒有順序性。

  • Redis 實現(xiàn)分布式 ID

    我們都知道 Redis 的性能非常高，而且還可以搭建集群。我們可以使用 Redis 的 Incr 命令來把 <key,value> 中 key 的數(shù)值加 1 并返回，如果這個 key 不存在，則 key 值會被初始化為 0，再執(zhí)行 Incr 命令來進(jìn)行加 1 操作。

    // 使用 incr(key) 來讓 key 加 1
long id = jedis.incr("id");

    使用 Redis 的方式生成分布式 ID 需要依賴 Redis 服務(wù)，還要保證 Redis 的高可用，否則 Redis 服務(wù)宕機(jī)會影響整個應(yīng)用。

  • 雪花算法

    SnowFlake 雪花算法是 Twitter 公司推出的?個?于?成分布式 ID 的策略，基于這個算法可以生成 64 位 Long 型的 ID，它是由 1 位符號位，41 位的時間戳毫秒數(shù)，10 位的機(jī)器 ID，12 位的序列號這 4 種元素來組成的。理論上，雪花算法每秒可以生成 400 多萬個 ID，完全可以支撐住分布式環(huán)境下高并發(fā)的場景。

    一些公司在雪花算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了自己的分布式 ID 的算法，比如：滴滴的 Tinyid，百度的 UidGenerator，美團(tuán)的 Leaf 等。

簡單介紹了一些分布式 ID 的實現(xiàn)方式，接下來我們就使用 Zookeeper 來實現(xiàn)分布式 ID 。

3. Zookeeper 實現(xiàn)分布式 ID

在 Zookeeper 中，我們可以使用 Zookeeper 的 順序節(jié)點來完成分布式 ID 的生成。這里我們來回顧一下順序節(jié)點的特性。

順序節(jié)點，在 Zookeeper 客戶端創(chuàng)建順序節(jié)點時，Zookeeper 會根據(jù)創(chuàng)建的時間順序，在節(jié)點名稱后添加 10 位的順序編號。

這里我們使用在 Zookeeper Curator 一節(jié)創(chuàng)建的 Spring Boot 測試項目來進(jìn)行測試：

@SpringBootTest
class CuratorDemoApplicationTests {

    @Autowired
    private CuratorService curatorService;

    @Test
    void contextLoads() throws Exception {
        // 獲取客戶端
        CuratorFramework client = curatorService.getCuratorClient();
        // 開啟會話
        client.start();
        
        // 第一次創(chuàng)建 /wiki-
        String s = client.create().
            creatingParentsIfNeeded().
            withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).
            forPath("/wiki-");
        // 輸出第一次創(chuàng)建的 /wiki-
        System.out.println(s);
        
        // 第二次創(chuàng)建 /wiki-
        String s1 = client.create().
            creatingParentsIfNeeded().
            withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).
            forPath("/wiki-");
        // 輸出第二次創(chuàng)建的 /wiki-
        System.out.println(s1);
        
        // 第三次創(chuàng)建 /wiki-
        String s2 = client.create().
            creatingParentsIfNeeded().
            withMode(CreateMode.PERSISTENT_SEQUENTIAL).
            forPath("/wiki-");
        // 輸出第三次創(chuàng)建的 /wiki-
        System.out.println(s2);
        
        // 關(guān)閉客戶端
        client.close();
    }
}

執(zhí)行測試方法。控制臺輸出：

/wiki-0000000000
/wiki-0000000001
/wiki-0000000002

我們可以觀察到，每個 /wiki- 節(jié)點后都增加了 10 位的順序編號，而且都是按照添加順序來進(jìn)行編號的。

再加上我們在創(chuàng)建 Curator 客戶端時設(shè)置的命名空間 imooc，就可以形成完整的節(jié)點路徑 /imooc/wiki-0000000000，這個完整的路徑就可以當(dāng)作我們的分布式 ID 了，而且這樣我們也能根據(jù)命名空間來區(qū)別不同的業(yè)務(wù)模塊，還可以添加不同的命名空間來擴(kuò)展不同的業(yè)務(wù)模塊。

圖片描述

4. 總結(jié)

在本節(jié)內(nèi)容中，我們學(xué)習(xí)了什么是分布式 ID ，在分布式環(huán)境下為什么要使用分布式 ID，我們還介紹了幾種常用的分布式 ID 實現(xiàn)方式，以及它們的優(yōu)缺點，最后我們回顧了 Zookeeper 順序節(jié)點， 并使用 Zookeeper 的順序節(jié)點的特性實現(xiàn)了分布式 ID 的生成。以下是本節(jié)內(nèi)容的總結(jié)：

  1. 為什么要使用分布式 ID 。
  2. 分布式 ID 實現(xiàn)方式。
  3. 使用 Zookeeper 的順序節(jié)點實現(xiàn)分布式 ID。