使用 Redis 生成分布式唯一ID

在分布式系统中，生成唯一ID是一个常见的需求。传统的数据库自增ID无法满足分布式系统的需求，因为多个节点可能同时生成ID，容易导致冲突。本文将介绍一种使用 Redis 实现分布式唯一ID的方法，并通过代码示例进行讲解。

一、背景介绍

1.1 唯一ID的需求

在电商系统中，每个订单、用户等都需要一个唯一的标识符。这些标识符不仅需要全局唯一，还要能够快速生成。因此，我们需要一个高效、可靠的方法来生成唯一ID。

1.2 传统方法的缺陷

• 数据库自增ID：容易成为性能瓶颈，且不适用于分布式系统。
• UUID：虽然能保证唯一性，但不适合用作数据库主键，因为它是16进制返回的是字符串并且长度较长且不连续，影响索引性能。

二、Redis 实现分布式唯一ID

2.1 方案设计

我们可以结合时间戳和自增序列来生成唯一ID。具体方案如下：

1. 时间戳：使用当前时间戳，保证生成的ID大致有序。
2. 自增序列：使用 Redis 的自增（INCR）命令，保证在同一秒内生成的ID是唯一的。

最终生成的ID格式如下：

ID = 时间戳 << 序列号位数 | 序列号

2.2 代码实现

下面是具体的代码实现：

@Component
public class RedisIdWorker {
    private static final long BEGIN_TIMESTAMP = 1704067200L;
    private static final int COUNT_BITS = 32;
 
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
 
    public RedisIdWorker(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }
 
    public long nextId(String keyPrefix) {
        // 1.生成时间戳
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        long nowSecond = now.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
        long timestamp = nowSecond - BEGIN_TIMESTAMP;
        // 2.生成序列号
        // 2.1获取当前日期，精确到天
        String date = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM:dd"));
        // 2.2自增长
        Long count = stringRedisTemplate.opsForValue().increment("icr:" + keyPrefix + ":" + date);
 
        // 3.拼接并返回
        return timestamp << COUNT_BITS | count;
    }
}

在这段代码中：

1. 生成时间戳：通过 LocalDateTime.now().toEpochSecond(ZoneOffset.UTC) 获取当前时间戳，并减去一个起始时间戳（BEGIN_TIMESTAMP），得到相对时间戳。
2. 生成自增序列：通过 Redis 的 increment 方法实现每日的自增序列，保证在同一天内的ID是唯一的。
3. 拼接ID：通过左移和按位或操作，将时间戳和自增序列拼接成最终的ID。

2.3 测试代码

为了验证我们的ID生成器是否能高效、正确地生成ID，我们可以编写以下测试代码：

@Resource
private RedisIdWorker redisIdWorker;
 
private ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(500);
 
@Test
void testIdWorker() throws InterruptedException {
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(300);
    Runnable task = () -> {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            long id = redisIdWorker.nextId("order");
            System.out.println("id = " + id);
        }
        latch.countDown();
    };
    long begin = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 300; i++) {
        es.submit(task);
    }
    latch.await();
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("耗时：" + (end - begin) + "ms");
}

在这段代码中，我们使用线程池并发生成ID，并统计生成时间，验证生成ID的效率。

三、总结

通过使用 Redis，我们可以高效地生成分布式唯一ID。该方法结合了时间戳和 Redis 的自增特性，保证了ID的有序性和唯一性。同时，Redis 的高性能也保证了ID生成的效率。