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分布式 ID 生成方案详解：UUID、Snowflake、号段模式、Leaf 与 Tinyid 对比

邢郅琦分布式分布式 ID约 9332 字大约 31 分钟

分布式 ID 介绍

什么是 ID？

日常开发中，我们需要对系统中的各种数据使用 ID 唯一表示，比如用户 ID 唯一标识一个用户，商品 ID 唯一标识一件商品，订单 ID 唯一标识一笔订单。

我们现实生活中也有各种 ID，比如身份证 ID 唯一标识一个人，地址 ID 唯一标识一个地址。

简单来说，ID 就是数据的唯一标识。

什么是分布式 ID？

这里说的分布式 ID，主要指分布式系统中用于跨节点、跨库、跨服务唯一标识数据的 ID。它解决的是多节点并发生成 ID 时不能冲突的问题。

我简单举一个分库分表的例子。

我司的一个项目，使用的是单机 MySQL。但是，没想到的是，项目上线一个月之后，随着使用人数越来越多，整个系统的数据量将越来越大。单机 MySQL 已经没办法支撑了，需要进行分库分表，可以考虑 Apache ShardingSphere-JDBC 这类方案，具体还要看 SQL 复杂度、事务要求、运维能力和团队经验。

在分库之后，数据分散在不同数据库节点上，数据库的自增主键已经没办法满足生成的主键唯一了。我们如何为不同的数据节点生成全局唯一主键呢？

这个时候就需要生成分布式 ID了。

分布式 ID 需要满足哪些要求?

分布式 ID 作为分布式系统中必不可少的一环，很多地方都要用到分布式 ID。

一个最基本的分布式 ID 需要满足下面这些要求：

  • 全局唯一：ID 的全局唯一性是首先要满足的。
  • 高性能：分布式 ID 的生成速度要快，对本地资源消耗要小。
  • 高可用：发号服务要具备较高可用性，避免成为业务链路的单点。
  • 方便易用：拿来即用，使用方便，快速接入！

除了这些之外，一个比较好的分布式 ID 还应保证：

  • 安全：ID 中不包含敏感信息。
  • 趋势递增：如果要把 ID 存放在数据库的话，趋势递增的 ID 通常更利于 B+ 树索引写入。很多数据库主键场景更需要趋势递增，而不是全局严格递增；严格递增虽然方便排序，但通常会引入中心化发号器或强协调，成本更高。
  • 业务含义可控：是否嵌入业务含义要谨慎。业务含义有助于排查问题，但也可能泄露业务规模、地区、时间、渠道等信息，并让 ID 规则和业务强耦合。很多系统更倾向于让 ID 保持无语义，把业务信息放到单独字段。
  • 独立部署：也就是分布式系统单独有一个发号器服务，专门用来生成分布式 ID。这样，生成 ID 的服务就可以和业务相关的服务解耦。不过，这样同样带来了网络调用消耗增加的问题。总的来说，如果需要用到分布式 ID 的场景比较多的话，独立部署的发号器服务还是很有必要的。

还需要注意，不同方案的“唯一性”来源并不一样：

  • 数据库自增、数据库号段模式依赖中心存储和事务分配。
  • Redis 方案依赖单 key 原子递增、持久化策略和主从一致性。
  • Snowflake 依赖时间戳、Worker ID、sequence 三者组合不冲突。
  • UUID v4/v7 依赖随机数质量和生成器实现策略。
  • 对不能容忍重复的主键场景，最终落库时仍建议用数据库唯一约束兜底。

基于数据库的生成方案（有状态）

数据库主键自增

这种方式就比较简单直白了，就是通过关系型数据库的自增主键来生成唯一 ID。

数据库主键自增

以 MySQL 举例，我们通过下面的方式即可。

1. 创建一个数据库表。

CREATE TABLE `sequence_id` (
  `id` BIGINT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `stub` char(10) NOT NULL DEFAULT '',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `stub` (`stub`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

stub 字段无意义，只是为了占位，便于我们插入或者修改数据。并且，给 stub 字段创建了唯一索引，保证其唯一性。

2. 通过 REPLACE INTO 来插入数据。

BEGIN;
REPLACE INTO sequence_id (stub) VALUES ('stub');
SELECT LAST_INSERT_ID();
COMMIT;

⚠️ REPLACE INTO 的生产隐患：

REPLACE INTO 的语义是：如果新行不会和 PRIMARY KEY 或 UNIQUE 索引冲突，就直接插入；如果冲突，则先删除旧行，再插入新行。受影响行数可能是删除行数加插入行数。

  • 每次操作都会触发索引删除和重建，对数据库压力较大。
  • 如果表上有触发器，DELETE 操作会意外触发。

替代方案：如果只是为了推进序列表，可以使用 INSERT ... ON DUPLICATE KEY UPDATE 或单行 UPDATE 来避免 REPLACE 的删除语义。生产环境更常见的是号段模式：一次更新 current_max_id = current_max_id + step，再在内存中分配。

这种方式的优缺点也比较明显：

  • 优点：实现起来比较简单、ID 有序递增、存储消耗空间小。
  • 缺点：支持的并发量不大、存在数据库单点问题（可以通过主备、MGR、分库多发号段等方式提高可用性，但要处理主从切换、事务提交、重复发号和号段浪费问题）、ID 没有具体业务含义、安全问题（比如根据订单 ID 的递增规律就能推算出每天的订单量，商业机密啊！ ）、每次获取 ID 都要访问一次数据库（增加了对数据库的压力，获取速度也慢）。

数据库号段模式

数据库主键自增这种模式，每次获取 ID 都要访问一次数据库，ID 需求比较大的时候，肯定是不行的。

如果我们可以批量获取，然后存在内存里面，需要用到的时候直接从内存里拿，就能减少访问数据库的次数，延迟和数据库压力都会下降。这也就是我们说的 基于数据库的号段模式来生成分布式 ID。

数据库号段模式是目前比较主流的一种分布式 ID 生成方式。像滴滴开源的 Tinyid 就是基于这种方式来做的。不过，Tinyid 使用了双号段缓存、增加多数据库支持等方式来进一步优化。

以 MySQL 举例，我们通过下面的方式即可。

1. 创建一个数据库表。

CREATE TABLE `sequence_id_generator` (
  `id` INT NOT NULL,
  `current_max_id` BIGINT NOT NULL COMMENT '当前最大ID',
  `step` INT NOT NULL COMMENT '号段的长度',
  `version` INT NOT NULL COMMENT '版本号',
  `biz_type` INT NOT NULL COMMENT '业务类型',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uk_biz_type` (`biz_type`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

current_max_id 字段和 step 字段主要用于获取批量 ID。获取的批量 ID 区间为 (current_max_id, current_max_id + step]，也就是不包含 current_max_id 的旧值本身。例如，旧 current_max_id = 0、step = 100 时，成功更新后本次可分配的 ID 区间为 1~100。

数据库号段模式

version 字段主要用于解决并发问题（乐观锁），完整流程如下：

-- 1. 读取当前值
SELECT current_max_id, step, version FROM sequence_id_generator WHERE biz_type = 101;
-- 2. CAS 更新（version 作为乐观锁版本号）
UPDATE sequence_id_generator
SET current_max_id = current_max_id + step, version = version + 1
WHERE version = {当前读取的version} AND biz_type = 101;
-- 3. 检查 affected_rows，为 1 表示成功，为 0 表示被其他线程抢先，需重试

UPDATE ... WHERE version = ? 执行后必须检查 affected_rows。如果结果为 0，说明号段已经被其他实例抢走，需要重新读取 current_max_id 和 version 后再重试。

⚠️ 高并发重试提醒：在号段耗尽瞬间，多个线程可能同时争抢新号段，CAS 更新可能失败。代码层面需要实现有限次数的重试循环（如 3 次）和指数退避，确保请求稳定性。若重试仍失败，应阻塞等待下一个号段加载完成，或触发告警并进入熔断降级流程。不建议返回所谓“降级 ID”，否则可能破坏全局唯一性保证。

biz_type 主要用于表示业务类型。

2. 先插入一行数据。

INSERT INTO `sequence_id_generator` (`id`, `current_max_id`, `step`, `version`, `biz_type`)
VALUES
 (1, 0, 100, 0, 101);

3. 通过 SELECT 获取指定业务下的批量唯一 ID

SELECT `current_max_id`, `step`, `version` FROM `sequence_id_generator` WHERE `biz_type` = 101

结果：

id current_max_id step version biz_type
1 0 100 0 101

4. 不够用的话，更新之后重新 SELECT 即可。

UPDATE sequence_id_generator SET current_max_id = 0 + 100, version = version + 1 WHERE version = 0 AND `biz_type` = 101
SELECT `current_max_id`, `step`, `version` FROM `sequence_id_generator` WHERE `biz_type` = 101

结果：

id current_max_id step version biz_type
1 100 100 1 101

相比于数据库主键自增的方式，数据库的号段模式对于数据库的访问次数更少，数据库压力更小。

另外，为了避免单点问题，可以通过主从模式或多库部署提高可用性。如果使用主从模式，发号更新必须走主库，并确保故障切换后不会回到旧的 current_max_id；多库模式则要保证每个库分配的号段范围、步长或业务分片互不重叠。

号段模式还会带来“跳号”问题：实例申请号段后通常会缓存在内存中，实例宕机或重启时，未使用完的号段会被浪费。浪费号段不影响唯一性，但会导致 ID 不连续；不要为了追求连续性回收已分配但未使用的号段，否则可能产生重复 ID。生产环境需要监控号段消耗速度、加载失败率和重试次数。

数据库号段模式的优缺点:

  • 优点：ID 趋势递增、存储消耗空间小。
  • 缺点：存在数据库单点问题（可以通过主从、多库等方式提高可用性，不过增加了复杂度）、ID 没有具体业务含义、安全问题（比如根据订单 ID 的递增规律就能推算出每天的订单量，商业机密啊！ ）。

NoSQL

一般情况下，NoSQL 方案使用 Redis 多一些。我们通过 Redis 的 INCR 命令即可实现对 ID 原子顺序递增。

127.0.0.1:6379> set sequence_id_biz_type 1
OK
127.0.0.1:6379> incr sequence_id_biz_type
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get sequence_id_biz_type
"2"

为了提高可用性和并发，我们可以使用 Redis Cluster。Redis Cluster 是 Redis 官方提供的 Redis 集群解决方案（3.0+版本）。

Codis 曾经是常见的开源 Redis 集群方案，但项目长期不活跃。新项目一般优先评估 Redis Cluster、云厂商 Redis 集群或兼容 Redis 协议的托管服务；Codis 更适合存量系统继续维护，使用前需要单独评估维护状态。

除了高可用和并发之外，我们知道 Redis 基于内存，我们需要持久化数据，避免重启机器或者机器故障后数据丢失。Redis 支持两种不同的持久化方式：快照（snapshotting，RDB）、只追加文件（append-only file, AOF）。并且，Redis 4.0 开始支持 RDB 和 AOF 的混合持久化，由配置项 aof-use-rdb-preamble 控制：Redis 4.0 示例配置默认关闭，Redis 5.0+ 示例配置默认开启。具体默认值要以目标 Redis 版本、配置文件以及云厂商托管版配置为准。

关于 Redis 持久化，我这里就不过多介绍。不了解这部分内容的小伙伴，可以看看 Redis 持久化机制详解这篇文章。

虽然 Redis INCR 性能优异，但 Redis 持久化只能降低进程重启后的数据丢失风险，不能完全消除 ID 回退。尤其是 appendfsync everysec、RDB 快照、主从异步复制和故障切换场景，都可能丢失最近一段 INCR 结果。下面这些失败路径需要特别注意：

  1. 持久化延迟导致 ID 回退

    • 场景：执行 INCR 后，Redis 在 RDB/AOF 刷盘前崩溃。
    • 后果：重启后 ID 回退到上次持久化的值，可能产生重复 ID。

  2. AOF 重写导致短暂阻塞

    • 场景：AOF 文件过大触发重写。
    • 后果：主进程 fork 子进程可能导致短暂的性能抖动。

  3. Redis Cluster 单分片热点

    • 场景：单个计数 key 始终落在集群的单一分片上。
    • 后果：高并发下该分片可能成为瓶颈。

  4. 主从异步复制故障切换

    • 场景：主节点故障切换到从节点时，从节点的 INCR 值可能落后于主节点。
    • 后果：新主节点上的 ID 可能回退到旧值。

生产配置建议：

# Redis 7.0+ 可参考配置
appendonly yes
appendfsync everysec
aof-use-rdb-preamble yes  # 混合持久化（RDB+AOF 组合）
  • Redis 7.0+ 优化：多部分 AOF（Multi-part AOF）改善了 AOF 重写期间 base/incr 文件的组织和管理方式，但 fork、磁盘 IO、fsync 策略仍可能带来抖动。
  • 适用边界：Redis 适合流水号、短周期计数、可业务兜底去重的场景。若对 ID 唯一性要求极高，例如金融订单号、支付流水这类核心主键，需要结合业务去重、持久化策略、主从一致性策略和落库唯一约束，或改用数据库号段模式、Leaf 等方案。

Redis 方案的优缺点：

  • 优点：性能不错，并且单 key、单主正常运行时生成的 ID 是递增的。
  • 缺点：和数据库主键自增方案的缺点类似，且存在持久化延迟、单分片热点、主从切换导致 ID 回退的风险。

除了 Redis 之外，MongoDB ObjectId 经常也会被拿来当做分布式 ID 的解决方案。

MongoDB ObjectId Specification

MongoDB ObjectId 一共需要 12 个字节存储：

  • 0~3：Unix 秒级时间戳（4 字节）
  • 4~8：随机值（5 字节，每个客户端进程生成一次，用于区分机器和进程）
  • 9~11：自增计数器（3 字节，每个客户端进程内递增）

ObjectId 是无需中心协调的近似有序唯一标识，通常可满足文档 _id 场景，但它不是全局严格单调序列：它只有秒级时间精度，同一秒内生成的 ObjectId 不保证严格顺序；不同客户端机器的系统时间也可能不同。

MongoDB 方案的优缺点：

  • 优点：性能不错并且生成的 ID 按创建时间近似有序。
  • 缺点：不是严格单调递增，当机器时间不一致时排序结果可能不符合真实创建顺序；另外，ID 中包含时间信息，存在一定规律性。

基于算法的生成方案（无状态）

UUID

UUID 是 Universally Unique Identifier（通用唯一标识符）的缩写，本质上是一个 128 bit 的标识符。它的标准字符串形式通常是 36 个字符（包含连字符），去掉连字符后是 32 个十六进制字符。

JDK 就提供了现成的生成 UUID 的方法，一行代码就行了。

//输出示例：cb4a9ede-fa5e-4585-b9bb-d60bce986eaa
UUID.randomUUID()

RFC 9562 已经取代 RFC 4122，重新规范了 UUID，并新增了 v6、v7、v8。旧资料里仍会看到 RFC 4122 的说法，但新文章建议以 RFC 9562 为主。RFC 9562 中关于 UUID 的示例是这样的：

我们这里重点关注一下这个 Version（版本），不同的版本对应的 UUID 的生成规则是不同的。

8 种不同的 Version（版本）值分别对应的含义（参考维基百科对于 UUID 的介绍）：

  • 版本 1（基于时间和节点 ID）：基于时间戳（通常是当前时间）和节点 ID（通常为设备的 MAC 地址）生成。当包含 MAC 地址时，可以保证全球唯一性，但也因此存在隐私泄露的风险。
  • 版本 2（基于标识符、时间和节点 ID）：与版本 1 类似，也基于时间和节点 ID，但额外包含了本地标识符（例如用户 ID 或组 ID）。
  • 版本 3（基于命名空间和名称的 MD5 哈希）：使用 MD5 哈希算法，将命名空间标识符（一个 UUID）和名称字符串组合计算得到。相同的命名空间和名称总是生成相同的 UUID（确定性生成）。
  • 版本 4（基于随机数）：使用伪随机数生成器（PRNG）或加密安全随机数生成器（CSPRNG）来生成。UUID v4 有 122 bit 随机位，取值空间为 2^122；按生日悖论计算，约生成 2^61 个 UUID 时碰撞概率才接近 50%。实际应用中可认为唯一，但理论上仍是概率保证。
  • 版本 5（基于命名空间和名称的 SHA-1 哈希）：类似于版本 3，但使用 SHA-1 哈希算法。
  • 版本 6（基于时间戳、计数器和节点 ID）：改进了版本 1，将时间戳放在最高有效位（Most Significant Bit，MSB），使得 UUID 可以直接按时间排序。
  • 版本 7（基于 Unix 毫秒时间戳）：高位是 48 位 Unix 毫秒时间戳，剩余位在扣除版本和变体位后用于随机数，也允许实现使用亚毫秒时间或计数器来增强同一毫秒内的单调性。对需要时间排序且没有特殊兼容要求的新系统，UUID v7 通常比 v1/v6 更推荐；但存量系统、协议兼容和已有数据格式仍要单独评估。
  • 版本 8（实验性/供应商定制）：122 位留给实现自定义，仅要求版本和变体位固定。适用于嵌入额外信息或特殊应用限制的场景。唯一性由实现保证，不可假设。

下面是 UUID v1 生成结果的示例：

UUID v1 生成结果的示例

JDK 中通过 UUID 的 randomUUID() 方法生成的 UUID 的版本默认为 4。

UUID uuid = UUID.randomUUID();
int version = uuid.version();// 4

另外，Variant（变体）也有 4 种不同的值，这种值分别对应不同的含义。这里就不介绍了，貌似平时也不怎么需要关注。

需要用到的时候，去看看维基百科对于 UUID 的 Variant（变体）相关的介绍即可。

从上面的介绍中可以看出，UUID 在正确实现和足够随机性的前提下，工程上可认为唯一。v4 的唯一性本质上是概率保证；v1/v6 依赖节点 ID 和时间戳，可能存在隐私泄露风险；v7/v8 的唯一性则依赖实现策略。

虽然，UUID 在工程上可认为全局唯一，但是，我们一般很少会使用它。

比如使用 UUID v4 这类非时序 UUID 作为 MySQL 数据库主键的时候就非常不合适：

  • 数据库主键要尽量越短越好。UUID 本质是 128 bit，如果用字符串存储，通常是 36 字符含连字符，或 32 个十六进制字符；如果用二进制存储，可以压到 16 字节。
  • UUID v4 这类非时序 UUID 是无序的，InnoDB 引擎下，数据库主键的无序性会严重影响数据库性能。

UUID v7（RFC 9562）是一个标准化、趋势有序、无需 Worker ID 分配的可选方案：

UUID v7 不需要像 Snowflake 一样分配 Worker ID，接入成本低；但它仍然依赖随机数质量和生成器实现。对不能容忍重复的主键场景，数据库唯一约束仍然不能省。

特性SnowflakeUUID v7
Worker ID 管理需要中心化分配（ZK/etcd）无需分配，开箱即用
时钟回拨风险需要额外处理毫秒内允许乱序；遇到时钟回拨时，需要生成器实现单调性处理
B+ 树友好趋势递增趋势有序
标准化各家实现不一RFC 标准，跨语言兼容
结构64 位（自定义）128 位（48 位时间戳 + 随机数/计数器字段）

适用场景：中小规模分布式系统、无需 Snowflake 级性能、希望减少 Worker ID 运维成本的场景。

UUID v7 相比 UUID v4 更利于 B+ 树局部写入，但它仍然是 128 bit，比 64 bit 的 Snowflake ID 更占空间。数据库中建议优先使用 BINARY(16) 或原生 uuid 类型，而不是直接用字符串主键；高写入表仍需要压测页分裂、索引大小和缓存命中率。

UUID v8（实验性用途）：如果需要嵌入额外信息（如业务标识、集群信息）或有特殊应用限制，可考虑 UUID v8。但需注意：v8 的唯一性由实现保证，不可假设与其他实现兼容。

⚠️ 注意：数据库支持情况还在普及中。PostgreSQL 18（2025-09-25 发布）开始提供内置 uuidv7() 函数，可生成时间有序 UUID。MySQL 8.0 的 UUID() 生成的是时间和节点相关的 UUID，常被视为 v1 风格；UUID_TO_BIN(uuid, 1) 可以重排时间部分改善索引局部性，但它不是 UUID v7 生成函数。UUID v7 通常需要应用层或自定义函数生成。

最后，我们再简单分析一下 UUID 的优缺点 （面试的时候可能会被问到的哦！） :

  • 优点：生成速度通常比较快、简单易用。
  • 缺点：存储消耗空间大、不安全（基于 MAC 地址生成 UUID 的算法会造成 MAC 地址泄露）、很多版本不具备严格递增特性、没有具体业务含义；对唯一性要求极高的场景，还需要评估随机数质量、实现策略和重复处理机制。

Snowflake（雪花算法）

Snowflake 是 Twitter 开源的分布式 ID 生成算法。Snowflake 由 64 bit 的二进制数字组成，这 64bit 的二进制被分成了几部分，每一部分存储的数据都有特定的含义：

Snowflake 组成

  • sign (1 bit)：符号位（标识正负），始终为 0，代表生成的 ID 为正数。
  • timestamp (41 bits)：一共 41 位，用来表示相对时间戳（距自定义基点的毫秒数），可支撑 2^41 毫秒（约 69 年）。通常基点设为系统上线时间（如 2020-01-01），而非 Unix 纪元。
  • datacenter id + worker id (10 bits)：一般来说，前 5 位表示机房 ID，后 5 位表示机器 ID（实际项目中可以根据实际情况调整）。这样就可以区分不同集群/机房的节点。
  • sequence (12 bits)：一共 12 位，用来表示序列号。序列号为自增值。在标准 12-bit sequence 设计下，单个 Worker 每毫秒最多生成 4096 个序列号；如果调整 sequence 位数或采用改良算法，上限会变化。

⚠️ 高并发警示（标准 Snowflake）：标准实现每节点每毫秒最多 4096 个序列号。如果某一毫秒内的并发请求超过 4096 个，部分实现会阻塞等待直到下一毫秒，可能在秒杀、大促等高并发瞬间出现响应延迟毛刺（Latency Spike）。一些改良实现（如 Seata 改良版、IdGenerator）通过时间戳/序列整体递增或“借用未来时间”来缓解该限制，但代价是生成时间可能短暂超前物理时间。生产环境需评估峰值 QPS，必要时采用多实例分片或改造算法增加 sequence 位数。

在实际项目中，我们一般也会对 Snowflake 算法进行改造，最常见的就是在 Snowflake 算法生成的 ID 中加入业务类型信息。

Snowflake 时钟回拨问题与解决

问题根因：NTP 同步、人工调整时间、硬件时钟漂移可能导致系统时间倒退。

解决方案对比：

方案优点缺点适用场景
拒绝服务实现简单时钟回拨期间完全不可用对可用性要求不高的场景
等待追回保证 ID 唯一性回拨幅度大时会长时间阻塞，可能影响业务回拨幅度极小的场景
备用 Worker ID高可用实现复杂，需考虑租约、脑裂和旧实例恢复已有可靠注册中心/租约机制的系统

备用 Worker ID 是一种可选方案，不是通用推荐。它适合已有可靠注册中心/租约机制的系统；更常见的处理还包括小幅回拨等待、超过阈值拒绝发号、持久化记录 last timestamp、通过注册中心保证 Worker ID 租约唯一。

Snowflake Worker ID 分配难题

在容器化部署（Kubernetes） 环境下，Snowflake 的 Worker ID 分配成为最大痛点：

问题场景：

  • Pod 的 IP 和名称是动态的，重启后会变化。
  • 无法像物理机一样预先配置固定的 Worker ID。
  • 自动扩缩容时需要动态申领和释放 Worker ID。

主流解决方案：

方案实现方式优点缺点
ZooKeeper 注册服务启动时在 ZK 创建临时节点，节点序号作为 Worker ID自动回收，崩溃后释放依赖 ZK，增加运维复杂度
Redis 注册使用 SETNX + 过期时间实现 Worker ID 申领轻量，无额外组件需处理 Redis 宕机场景
数据库分配启动时从数据库分配并持久化到本地文件简单可靠依赖数据库
动态 Worker ID使用 Pod IP 或 UID 哈希生成无需中心化组件可能产生哈希冲突

推荐：生产环境可使用美团 Leaf（Snowflake 模式依赖 ZooKeeper 管理 workId），或使用滴滴 Tinyid 这类号段模式方案来规避 Worker ID 分配问题。

我们再来看看 Snowflake 算法的优缺点：

  • 优点：生成速度比较快、生成的 ID 有序递增、比较灵活（可以对 Snowflake 算法进行简单的改造比如加入业务 ID）。
  • 缺点：时钟回拨风险（需额外处理，详见上方解决方案）、依赖机器 ID 对分布式环境不友好（当需要自动启停或增减机器时，固定的机器 ID 可能不够灵活）。

如果你想要使用 Snowflake 算法的话，一般不需要你自己再造轮子。生产环境可以优先评估成熟实现，例如 Leaf、Tinyid、IdGenerator 或云厂商发号服务，但需要结合维护状态、语言生态、时钟回拨策略、Worker ID 分配方式和压测结果选择。

如果要从 Snowflake ID 中反解信息，需要按实际位分配来处理。以常见 41-bit timestamp + 10-bit worker + 12-bit sequence 为例，右移 22 位可以得到相对时间戳，再加上自定义 epoch 得到生成时间；通过 bit mask 可以取出 Worker ID 和 sequence。只要调整了位数或 epoch，解析逻辑也必须同步调整。

并且，Seata 还提出了“改良版雪花算法”，针对原版雪花算法进行了一定的优化改良，解决了时间回拨问题，大幅提高的 QPS。具体介绍和改进原理，可以参考下面这两篇文章：

工业级分布式 ID 开源框架对比

评估这类框架时，不要只看功能列表，还要关注几个生产维度：项目是否仍在维护、最近 release/commit/issue 活跃度、依赖组件（MySQL、Redis、ZooKeeper、etcd 等）、时钟回拨策略、Worker ID 分配策略、客户端模式还是服务端模式，以及压测条件下的 P99/TP999 延迟。

UidGenerator(百度)

UidGenerator 是百度开源的一款基于 Snowflake 的唯一 ID 生成器。

不过，UidGenerator 对 Snowflake 进行了改进，生成的唯一 ID 组成如下：

UidGenerator 生成的 ID 组成

  • sign (1 bit)：符号位（标识正负），始终为 0，代表生成的 ID 为正数。
  • delta seconds (28 bits)：当前时间，相对于时间基点“2016-05-20”的增量值，单位：秒，最多可支持约 8.7 年。
  • worker id (22 bits)：机器 ID，最多可支持约 420w 次机器启动。内置实现为在启动时由数据库分配，默认分配策略为用后即弃，后续可提供复用策略。
  • sequence (13 bits)：每秒下的并发序列，13 bits 可支持每秒 8192 个并发。

可以看出，和原始 Snowflake 生成的唯一 ID 的组成不太一样。并且，上面这些参数我们都可以自定义。

UidGenerator 官方文档中的介绍如下：

UidGenerator 官方仓库长期不活跃，新项目不建议只因为知名度直接选用，需要先评估维护状态、依赖安全和 fork 生态。想要进一步了解的朋友，可以看看 UidGenerator 的官方介绍。

Leaf(美团)

Leaf 是美团开源的一个分布式 ID 解决方案。这个项目的名字 Leaf（树叶）起源于德国哲学家、数学家莱布尼茨的一句话：“There are no two identical leaves in the world”（世界上没有两片相同的树叶）。这个命名也比较有辨识度。

Leaf 提供了 号段模式 和 Snowflake 这两种模式来生成分布式 ID。并且，它支持双号段，还解决了雪花 ID 系统时钟回拨问题。不过，时钟问题的解决需要弱依赖于 ZooKeeper（使用 ZooKeeper 作为注册中心，通过在特定路径下读取和创建子节点来管理 workId）。

Leaf 的诞生主要是为了解决美团各个业务线生成分布式 ID 的方法多种多样以及不可靠的问题。

Leaf 对原有的号段模式进行了核心优化——双 Buffer 机制（Double Buffer Optimization）：

设计原理：Leaf 不会在号段用尽时才去数据库申请，而是在当前号段消耗到一定阈值后，由异步线程提前去数据库申请下一个号段并预加载到内存。具体阈值和实现细节建议以 Leaf 当前版本源码为准。双 Buffer 机制可以让 ID 获取的 TP999 更平稳，降低数据库访问带来的延迟抖动。

（图片来自于美团官方文章：《Leaf——美团点评分布式 ID 生成系统》）

根据美团当时文章和项目 README 的压测描述，在 4C8G VM 和公司 RPC 调用方式下，Leaf 曾达到近 5w/s QPS、TP999 约 1ms。这个数据只能作为参考，实际性能还要看数据库、RPC 框架、网络、号段大小和部署方式。

Tinyid(滴滴)

Tinyid 是滴滴开源的一款基于数据库号段模式的唯一 ID 生成器。

数据库号段模式的原理我们在上面已经介绍过了。Tinyid 有哪些亮点呢？

为了搞清楚这个问题，我们先来看看基于数据库号段模式的简单架构方案。（图片来自于 Tinyid 的官方 wiki:《Tinyid 原理介绍》）

在这种架构模式下，我们通过 HTTP 请求向发号器服务申请唯一 ID。负载均衡 router 会把我们的请求送往其中的一台 tinyid-server。

这种方案有什么问题呢？在我看来（Tinyid 官方 wiki 也有介绍到），主要由下面这 2 个问题：

  • 获取新号段的情况下，程序获取唯一 ID 的速度比较慢。
  • 需要保证数据库高可用，这个是比较麻烦且耗费资源的。

除此之外，HTTP 调用也存在网络开销。

Tinyid 的原理比较简单，其架构如下图所示：

相比于基于数据库号段模式的简单架构方案，Tinyid 方案主要做了下面这些优化：

  • 双号段缓存：为了避免在获取新号段的情况下，程序获取唯一 ID 的速度比较慢。Tinyid 中的号段在用到一定程度的时候，就会去异步加载下一个号段，保证内存中始终有可用号段。
  • 增加多数据库支持：支持多个数据库，提高可用性。前提是各库分配的号段范围、步长或业务分片互不重叠，并且故障切换时不会重复分配已经发出的号段。
  • 增加 tinyid-client：纯本地操作，无 HTTP 请求消耗，性能和可用性都有很大提升。

Tinyid 的优缺点这里就不分析了，结合数据库号段模式的优缺点和 Tinyid 的原理就能知道。

IdGenerator(个人)

和 UidGenerator、Leaf 一样，IdGenerator 也是一款基于 Snowflake 的唯一 ID 生成器。

IdGenerator 官方自述有如下特点：

  • 生成的唯一 ID 更短；
  • 兼容所有雪花算法（号段模式或经典模式，大厂或小厂）；
  • 原生支持 C#/Java/Go/C/Rust/Python/Node.js/PHP（C 扩展）/SQL/ 等语言，并提供多线程安全调用动态库（FFI）；
  • 解决了时间回拨问题，支持手工插入新 ID（当业务需要在历史时间生成新 ID 时，用本算法的预留位能生成 5000 个每秒）；
  • 不依赖外部存储系统；
  • 默认配置下，ID 可用 71000 年不重复。

这些参数依赖位分配、基础时间、Worker ID 和序列配置，生产使用前仍应基于自己的配置计算容量上限并压测，不宜直接把默认宣传数据当成所有场景下的承诺。

IdGenerator 生成的唯一 ID 组成如下：

IdGenerator 生成的 ID 组成

  • timestamp (位数不固定)：时间差，是生成 ID 时的系统时间减去 BaseTime（基础时间，也称基点时间、原点时间、纪元时间，默认值为 2020 年）的总时间差（毫秒单位）。初始为 5 bits，随着运行时间而增加。如果觉得默认值太老，你可以重新设置，不过要注意，这个值以后最好不变。
  • worker id (默认 6 bits)：机器 ID，机器码，最重要参数，是区分不同机器或不同应用的唯一 ID，最大值由 WorkerIdBitLength（默认 6）限定。如果一台服务器部署多个独立服务，需要为每个服务指定不同的 WorkerId。
  • sequence (默认 6 bits)：序列数，是每毫秒下的序列数，由参数中的 SeqBitLength（默认 6）限定。增加 SeqBitLength 会让性能更高，但生成的 ID 也会更长。

Java 语言使用示例：https://github.com/yitter/idgenerator/tree/master/Java。

总结

通过这篇文章，我基本上已经把最常见的分布式 ID 生成方案都总结了一波。

除了上面介绍的方式之外，像 ZooKeeper 这类中间件也可以帮助我们生成唯一 ID。没有银弹，一定要结合实际项目来选择最适合自己的方案。

最后再强调一下：不要把 ID 连续性当成硬需求。大多数业务只要求唯一，不要求连续；连续 ID 还可能暴露业务量。号段模式、Snowflake、UUID 都可能出现跳号，跳号通常不是 bug。需要排序时，建议优先使用创建时间字段，不要完全依赖 ID 排序。

核心方案横向对比表：

方案性能有序性运维成本适用场景
数据库自增低严格递增低业务量小、单机架构、后台系统
号段模式高趋势递增中高并发、追求极致吞吐量的互联网业务
Redis 方案很高单 key 正常运行时递增中已有 Redis 集群，能容忍极小概率 ID 回退
Snowflake高趋势递增中大中型分布式系统，需要处理 Worker ID、时钟回拨和容量规划
UUID v7高趋势递增极低云原生、无中心化集群、追求开箱即用；主键场景仍建议唯一索引兜底

不过，本文主要介绍的是分布式 ID 的理论知识。在实际的面试中，面试官可能会结合具体的业务场景来考察你对分布式 ID 的设计，你可以参考这篇文章：分布式 ID 设计指南（对于实际工作中分布式 ID 的设计也非常有帮助）。

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