Redis全局ID生成器如何实现

全局ID生成器，是一种在分布式系统下用来生成全局唯一ID的工具，一般满足下列特性：

• 唯一性：确保ID是唯一的，不可重复

• 递增性：确保是整体逐渐增大的，这样有利于数据库创建索引

• 安全性：ID的规律性不是特别的明显，防止根据ID号猜测其他的ID，确保安全性

• 高性能：确保生成ID的速度足够快

• 高可用：确保任何时候都能用

实现原理：

为了增加ID的安全性，可以不直接使用Redis自增的数值，而是拼接一些其他的信息，ID的组成如下图：

• 符号位：1bit，永远为0，表示正数

•  时间戳：31bit，以秒为单位，可以使用大约69年

•  序列号：32bit，相同秒数的情况下，ID在序列号位置上增加，支持每秒产生2^32个不同的ID

代码实现：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneOffset;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
 
@Component
public class RedisIdWorker {
 
    /**
     * 开始时间戳 (2022-01-01 00:00:00)
     */
    private static final long BEGIN_TIMESTAMP = 1640995200L;
 
    /**
     * 序列号的位数
     */
    private static final int COUNT_BITS = 32;
 
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
 
    /**
     * 生成ID
     *
     * @param keyPrefix 业务系统的前缀
     * @return ID
     */
    public long nextId(String keyPrefix) {
        // 生成时间戳
        long timestamp = LocalDateTime.now().toEpochSecond(ZoneOffset.UTC) - BEGIN_TIMESTAMP;
        // 生成序列号
        String key = "icr:" + keyPrefix + ":" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM:dd"));
        long count = stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key);
        // 拼接并返回
        return timestamp << COUNT_BITS | count;
    }
 
    /**
     * 获取时间戳 (2022-01-01 00:00:00)
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        LocalDateTime time = LocalDateTime.of(2022, 1, 1, 0, 0, 0);
        long second = time.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
        System.out.println(second);
    }
}

生成序号：

Redis的自增是有上限的，最大值为2^64。虽然这个数是很大了，但是毕竟还有会有上限，时间足够长还是有可能超过这个数的。所以即使是同一个业务，也不能使用同一个key。因此可以在key中增加日期，比如：icr:业务名:2022:05:14。这样的话每天都会是新的key，每天的自增量不可能超过2^64，所以这样的key是比较合适的选择。