CosId 1.0.3 發布，通用、靈活、高性能的分散式 ID 生成器

CosId 通用、靈活、高性能的分散式 ID 生成器

介紹

CosId 旨在提供通用、靈活、高性能的分散式系統 ID 生成器。 目前提供了倆大類 ID 生成器：SnowflakeId （單機 TPS 性能：409W/s JMH 基準測試）、RedisIdGenerator (單機 TPS 性能(步長 1000)：3687W+/s JMH 基準測試)。

更新內容（1.0.3） 🎉 🎉 🎉

  • 變更：修改 cosid-redis 為可選依賴（spring-boot-starter-cosid）。
  • 修復：導出 MachineId 實例失敗（spring-boot-starter-cosid）。
  • 增強：RedisMachineIdDistributor/RedisIdGenerator 支援 Redis-Cluster 模式。

SnowflakeId

Snowflake

SnowflakeId 使用 Long （64 bits） 位分區來生成 ID 的一種分散式 ID 演算法。
通用的位分配方案為：timestamp (41 bits) + machineId (10 bits) + sequence (12 bits) = 63 bits 。

  • 41 位 timestamp = (1L<<41)/(1000/3600/365) 約可以存儲 69 年的時間戳，即可以使用的絕對時間為 EPOCH + 69 年，一般我們需要自定義 EPOCH 為產品開發時間，另外還可以通過壓縮其他區域的分配位數，來增加時間戳位數來延長可用時間。
  • 10 位 machineId = (1L<<10) = 1024 即相同業務可以部署 1024 個副本 (在 Kubernetes 概念里沒有主從副本之分，這裡直接沿用 Kubernetes 的定義) 實例，一般情況下沒有必要使用這麼多位，所以會根據部署規模需要重新定義。
  • 12 位 sequence = (1L<<12) * 1000 = 4096000 即單機每秒可生成約 409W 的 ID，全局同業務集群可產生 4096000*1024=419430W=41.9億(TPS)。

從 SnowflakeId 設計上可以看出:

  • 👍 timestamp 在高位，所以 SnowflakeId 是本機單調遞增的，受全局時鐘同步影響 SnowflakeId 是全局趨勢遞增的。
  • 👍 SnowflakeId 不對任何第三方中間件有強依賴關係，並且性能也非常高。
  • 👍 位分配方案可以按照業務系統需要靈活配置，來達到最優使用效果。
  • 👎 強依賴本機時鐘，潛在的時鐘回撥問題會導致 ID 重複。
  • 👎 machineId 需要手動設置，實際部署時如果採用手動分配 machineId，會非常低效。

CosId-SnowflakeId 主要解決 SnowflakeId 倆大問題：機器號分配問題、時鐘回撥問題。 並且提供更加友好、靈活的使用體驗。

MachineIdDistributor (MachineId 分配器)

目前 CosId 提供了以下三種 MachineId 分配器。

ManualMachineIdDistributor

cosid:
  snowflake:
    machine:
      distributor:
        type: manual
        manual:
          machine-id: 0

手動分配 MachineId

StatefulSetMachineIdDistributor

cosid:
  snowflake:
    machine:
      distributor:
        type: stateful_set

使用 Kubernetes 的 StatefulSet 提供的穩定的標識 ID 作為機器號。

RedisMachineIdDistributor

cosid:
  snowflake:
    machine:
      distributor:
        type: redis

使用 Redis 作為機器號的分發存儲。

ClockBackwardsSynchronizer (時鐘回撥同步器)

cosid:
  snowflake:
    clock-backwards:
      spin-threshold: 10
      broken-threshold: 2000

默認提供的 DefaultClockBackwardsSynchronizer 時鐘回撥同步器使用主動等待同步策略，spinThreshold(默認值 10 毫秒) 用於設置自旋等待閾值， 當大於spinThreshold 時使用執行緒休眠等待時鐘同步，如果超過brokenThreshold(默認值 2 秒)時會直接拋出ClockTooManyBackwardsException異常。

MachineStateStorage (機器狀態存儲)

public class MachineState {
    public static final MachineState NOT_FOUND = of(-1, -1);
    private final int machineId;
    private final long lastTimeStamp;

    public MachineState(int machineId, long lastTimeStamp) {
        this.machineId = machineId;
        this.lastTimeStamp = lastTimeStamp;
    }

    public int getMachineId() {
        return machineId;
    }

    public long getLastTimeStamp() {
        return lastTimeStamp;
    }

    public static MachineState of(int machineId, long lastStamp) {
        return new MachineState(machineId, lastStamp);
    }
}

cosid:
  snowflake:
    machine:
      state-storage:
        local:
          state-location: ./cosid-machine-state/

默認提供的 LocalMachineStateStorage 本地機器狀態存儲，使用本地文件存儲機器號、最近一次時間戳，用作 MachineState 快取。

ClockSyncSnowflakeId (主動時鐘同步 SnowflakeId)

cosid:
  snowflake:
    share:
      clock-sync: true

默認 SnowflakeId 當發生時鐘回撥時會直接拋出 ClockBackwardsException 異常，而使用 ClockSyncSnowflakeId 會使用 ClockBackwardsSynchronizer 主動等待時鐘同步來重新生成 ID，提供更加友好的使用體驗。

SafeJavaScriptSnowflakeId (JavaScript 安全的 SnowflakeId)

SnowflakeId snowflakeId=SafeJavaScriptSnowflakeId.ofMillisecond(1);

JavaScript 的 Number.MAX_SAFE_INTEGER 只有 53 位，如果直接將 63 位的 SnowflakeId 返回給前端，那麼會值溢出的情況，通常我們可以將SnowflakeId轉換為 String 類型或者自定義 SnowflakeId 位分配來縮短 SnowflakeId 的位數 使 ID 提供給前端時不溢出。

SnowflakeFriendlyId (可以將 SnowflakeId 解析成可讀性更好的 SnowflakeIdState )

cosid:
  snowflake:
    share:
      friendly: true

public class SnowflakeIdState {

    private final long id;

    private final int machineId;

    private final long sequence;

    private final LocalDateTime timestamp;
    /**
     * {@link #timestamp}-{@link #machineId}-{@link #sequence}
     */
    private final String friendlyId;
}

public interface SnowflakeFriendlyId extends SnowflakeId {

  SnowflakeIdState friendlyId(long id);

  SnowflakeIdState ofFriendlyId(String friendlyId);

  default SnowflakeIdState friendlyId() {
    long id = generate();
    return friendlyId(id);
  }
}

        SnowflakeFriendlyId snowflakeFriendlyId = new DefaultSnowflakeFriendlyId(snowflakeId);
        SnowflakeIdState idState = snowflakeFriendlyId.friendlyId();
        idState.getFriendlyId(); //20210623131730192-1-0

RedisIdGenerator

cosid:
  redis:
    enabled: true
    share:
      offset: 0
      step: 100
    provider:
      bizA:
        offset: 10000
        step: 100
      bizB:
        offset: 10000
        step: 100

RedisIdGenerator 步長設置為 1 時（每次生成ID都需要執行一次 Redis 網路 IO 請求）TPS 性能約為 21W/s (JMH 基準測試)，如果在部分場景下我們對 ID 生成的 TPS 性能有更高的要求，那麼可以選擇使用增加每次ID分發步長來降低網路 IO 請求頻次，提高 IdGenerator 性能（比如增加步長為 1000，性能可提升到 3545W+/s JMH 基準測試）。

IdGeneratorProvider

cosid:
  snowflake:
    provider:
      bizA:
        #      epoch:
        #      timestamp-bit:
        sequence-bit: 12
      bizB:
        #      epoch:
        #      timestamp-bit:
        sequence-bit: 12

IdGenerator idGenerator = idGeneratorProvider.get("bizA");

在實際使用中我們一般不會所有業務服務使用同一個 IdGenerator ，而是不同的業務使用不同的 IdGenerator，那麼 IdGeneratorProvider 就是為了解決這個問題而存在的，他是 IdGenerator 的容器，可以通過業務名來獲取相應的 IdGenerator。

Examples

CosId-Examples

安裝

Gradle

Kotlin DSL

    val cosidVersion = "1.0.3";
    implementation("me.ahoo.cosid:spring-boot-starter-cosid:${cosidVersion}")

Maven

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<project xmlns="//maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="//www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="//maven.apache.org/POM/4.0.0 //maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">

    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <artifactId>demo</artifactId>
    <properties>
        <cosid.version>1.0.3</cosid.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>me.ahoo.cosid</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-cosid</artifactId>
            <version>${cosid.version}</version>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

application.yaml

cosid:
  namespace: ${spring.application.name}
  snowflake:
    enabled: true
    #    epoch: 1577203200000
    clock-backwards:
      spin-threshold: 10
      broken-threshold: 2000
    machine:
      #      stable: true
      #      machine-bit: 10
      #      instance-id: ${HOSTNAME}
      distributor:
        type: redis
      #        manual:
      #          machine-id: 0
      state-storage:
        local:
          state-location: ./cosid-machine-state/
    share:
      clock-sync: true
      friendly: true
    provider:
      bizA:
        #        timestamp-bit:
        sequence-bit: 12
      bizB:
        #        timestamp-bit:
        sequence-bit: 12

#  redis:
#    enabled: false
#    share:
#      offset: 0
#      step: 100
#    provider:
#      bizA:
#        offset: 10000
#        step: 100
#      bizB:
#        offset: 10000
#        step: 100

JMH-Benchmark

  • 基準測試運行環境：筆記型電腦開發機 ( MacBook Pro (M1) )
  • 所有基準測試都在開發筆記型電腦上執行。
  • Redis 部署環境也在該筆記型電腦開發機上。

SnowflakeId

Benchmark                                                    Mode  Cnt        Score   Error  Units
SnowflakeIdBenchmark.millisecondSnowflakeId_generate        thrpt       4093924.313          ops/s
SnowflakeIdBenchmark.safeJsMillisecondSnowflakeId_generate  thrpt        511542.292          ops/s
SnowflakeIdBenchmark.safeJsSecondSnowflakeId_generate       thrpt        511939.629          ops/s
SnowflakeIdBenchmark.secondSnowflakeId_generate             thrpt       4204761.870          ops/s

RedisIdGenerator

gradle cosid-redis:jmh

Benchmark                             Mode  Cnt         Score        Error  Units
RedisIdGeneratorBenchmark.step_1     thrpt   25    220218.848 ±   2070.786  ops/s
RedisIdGeneratorBenchmark.step_100   thrpt   25   3605422.967 ±  13479.405  ops/s
RedisIdGeneratorBenchmark.step_1000  thrpt   25  36874696.252 ± 357214.292  ops/s

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