如何利用 Redis 实现高并发全局 ID 生成器

大家好，我是华仔呀。

截至周四涨价前继续送福利，文末有优惠券，有需要的小伙伴可以领取一下。

谢霸戈：这还不简单，用 UUID 不就行了。

UUID 确实是个好东西，生成的 ID 全球唯一，但是有两个致命缺陷。

• 不是递增的。MySQL 中索引的数据结构是 B+Tree，这种数据结构的特点是索引树上的节点的数据是有序的，而如果使用 UUID 作为主键，那么每次插入数据时，因为无法保证每次产生的 UUID 有序，所以就会出现新的 UUID 需要插入到索引树的中间去，这样可能会频繁地导致页分裂，使性能下降。
• 太占用内存。每个 UUID 由 36 个字符组成，在字符串进行比较时，需要从前往后比较，字符串越长，性能越差。另外字符串越长，占用的内存越大，由于页的大小是固定的，这样一个页上能存放的关键字数量就会越少，这样最终就会导致索引树的高度越大，在索引搜索的时候，发生的磁盘 IO 次数越多，性能越差。

谢霸戈：那咋办呢？

别急，今天我就给大家带来一个神器级的解决方案——Redis 分布式 ID 生成器！配合 SpringBoot3.0，让你的 ID 生成变得既简单又高效。

分布式 ID 要满足什么要求

在进入正文前，先介绍下分布式 ID 应该满足哪些特性。

分布式 ID 生成器需要满足以下特性。

1. 有序性之单调递增，想要分而治之、二分法查找就必须实现。另外，MySQL 是你们用的最多的数据库，B+ 树为了维护 ID 的有序性，就会频繁的在索引的中间位置插入而挪动后面节点的位置，甚至导致频繁的页分裂，这对于性能的影响是极大的。
2. 全局唯一性，ID 不唯一就会出现主键冲突。
3. 高性能，生成 ID 是高频操作，如果性能缓慢，系统的整体性能都会受到限制。
4. 高可用，也就是在给定的时间间隔内，一个系统总的可用时间占的比例。
5. 存储空间小，用 MySQL 的 InnoDB B+树来说，普通索引（非聚集索引）会存储主键值，主键越大，每个 Page 页可以存储的数据就越少，访问磁盘 I/O 的次数就会增加。

Redis String 实现分布式 ID

Redis 集群能保证高可用和高性能，为了节省内存，ID 可以使用数字的形式，并且通过递增的方式来创建新的 ID。

防止重启数据丢失，你还需要把 Redis AOF 持久化开启。

MySQL：“开启 AOF 持久，为了性能设置成 everysec 策略还是有可能丢失一秒的数据，所以你还可以使用一个异步机制将生成的最大 ID 持久化到一个 MySQL。”

好主意，在生成 ID 之后发送一条消息到 MQ 消息队列中，把值持久化到 MySQL 中。

我们可以使用 Redis String 数据类型来实现，key 用于区分不同业务场景的 ID 生成器，value 存储 ID。

String 数据类型提供了 INCR 指令，它能把 key 中存储的数字加 1 并返回客户端。如果 key 不存在，那么 key 的 value 先被初始化成 0，再执行加 1 操作并返回给客户端。

Redis，作为一个高性能的内存数据库，天生就适合处理高并发的场景。它的“单线程”模型更是让它在处理 ID 生成时如鱼得水。

Redis 的操作是原子性的，这就意味着在整个过程中，不会有任何的并发问题出现，从而确保了 ID 的唯一性。

设计思路

设计思路如下图所示。

1. 假设订单 ID 生成器的 key 是“counter:order”，当应用服务启动的时候先从数据库中查询出最大值 M。执行 EXISTS counter:order 判断是否存在 key。

• Redis 中不存在 key “counter:order”，执行 SET counter:order M 将 M 值作写入 Redis。
• Redis 中存在 key “counter:order”，值为 K，那么就比较 M 和 K 的值，执行 SET counter:order max(M, N)将最大值写入 Redis，相等的话就不操作。

SpringBoot 代码实现

接下来，我们结合 SpringBoot3.0 来打造一个强大且易用的 Redis 分布式 ID 生成器。

首先，我们需要在 SpringBoot 项目中引入 redis 的依赖。在pom.xml文件中添上这行代码：

<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

搞定依赖后，我们得告诉 SpringBoot 怎么连接到 Redis。打开application.yml文件，填上 Redis 的服务地址和端口：

spring:
  application:
    name: redis
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password: magebyte
    timeout: 6000

万事俱备，只欠东风！接下来，我们编写一个 ID 生成器工具类。这个工具类负责与 Redis 交互，生成唯一的 ID。这里我们使用 Redis 的INCR命令，它能让 ID 自增，确保每次获取的 ID 都是唯一的。

@Component
public class OrderIdGenerator implements InitializingBean {

    private final StringRedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 操作数据库 dao
     */
    private final IdGeneratorMapper idGeneratorMapper;

    private static final String KEY = "counter:order";

    /**
     * 数据库中的 ID 值
     */
    private String dbId;

    @Autowired
    public OrderIdGenerator(StringRedisTemplate redisTemplate, IdGeneratorMapper idGeneratorMapper) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.idGeneratorMapper = idGeneratorMapper;
    }

    public Long generateId(String key) {
        return redisTemplate.opsForValue().increment(key, 1);
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        // 从数据库查询最大 ID
        this.dbId = idGeneratorMapper.getMaxID(KEY);

        Boolean hasKey = redisTemplate.hasKey(KEY);
        if (Boolean.TRUE.equals(hasKey)) {
            // key 存在，比较 dbId 与 redisValue，取出最大值
            String redisValue = redisTemplate.opsForValue().get(KEY);
            String targetValue = max(this.dbId, redisValue);
        } else {

自定义 ID 规则

不过呢，光有唯一的 ID 还不够，我们还得让它更符合业务的实际需求。比如订单编号吧，我们可能希望它的格式是ORD-20240528-0001，其中ORD是业务标识，20240528是日期，0001是当天的序号。

public String generateCustomId(String key, String prefix, String datePattern) {
    long sequence = redisTemplate.opsForValue().increment(key, 1);
    return String.format("%s-%s-%04d", prefix, new SimpleDateFormat(datePattern).format(new Date()), sequence);
}

那具体怎么用呢？让我们在业务代码中一探究竟！想象一下，在一个电商系统中，当一个新的订单如流星般划过天际，我们迫不及待地想要一个独一无二的 ID 来标记它时——很简单，只需调用我们的generateCustomId方法，传入订单相关的参数即可。

@Service
public class OrderService {
    private final RedisIdGenerator idGenerator;

    @Autowired
    public OrderService(RedisIdGenerator idGenerator) {
        this.idGenerator = idativeIdGenerator;
    }

    public Order createOrder(OrderRequest request) {
        String orderId = idGenerator.generateCustomId("order:id", "ORD", "yyyyMMdd");
        Order order = new Order();
        order.setId(orderId);
        // 其他业务逻辑...
        return order;
    }
}