基于Redis自增实现全局ID生成器（详解）

 本博客为个人学习笔记，学习网站与详细见：黑马程序员Redis入门到实战 P48 - P49 

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全局ID生成器介绍

基于Redis自增实现全局ID

实现代码

全局ID生成器介绍

背景介绍
当用户在抢购商品时，就会生成订单并保存到数据库的某一张表中，而订单表如果使用数据库自增ID就会存在一些问题：
1. id的规律性太明显
2. 受单表数据量的限制

基于使用数据库自增ID带来的两个问题，我们来做场景分析：
1. 场景分析一：如果我们的id具有太明显的规则，用户或者说商业对手很容易猜测出来我们的一些敏感信息，比如商城在一天时间内，卖出了多少单，这明显不合适。
2. 场景分析二：MySQL的单表容量不宜超过500万条记录。随着我们商城规模的扩大，数据量增长到一定程度后，我们需要进行数据库拆分和表拆分。拆分后，这些表在逻辑上仍然属于同一张表，因此它们之间的数据ID不能相同。因此，我们必须确保全局ID的唯一性。

全局ID生成器
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，一般要满足下列特性：
1. 唯一性
2. 高性能
3. 高可用
4. 递增性
5. 安全性

基于Redis自增实现全局ID

全局ID组成结构图：

序列号：由于Redis的自增操作是原子性的，保证了在并发情况下生成ID的唯一性，避免了传统数据库中的锁竞争和性能瓶颈。因此我们可以利用Redis的自增原子性，让序列号由Redis自增的数值组成，因此我们确保了全局ID序列号的唯一性，从而确保了整个全局ID的唯一性。

同时，我们还需要考虑一个问题，我们利用Redis自增实现全局ID，但如果我们只设置一个Key值，随着业务的日积月累，自增值将会达到上限。为避免这种情况发生，我们需要设置不同的Key值，于是我们决定用年月日的格式 yyyy:MM:dd 来添加到Key值的前缀当中，因此一个Key值的自增量不再是用来表示所有时间的业务量，而只是用来表示某年某月某天的业务量，而一天的业务量是不可能超过 2^32 (几十亿) 这么大的数值的，我们从而确保了Key值不会达到上限。

而这种做法也方便了我们对业务数据的统计，当我们想查询一年中的业务量时，我们只需要查询前缀为 yyyy 的Key值自增量即可，如果我们想查询某年某月的业务量时，我们只需要查询前缀为 yyyy:MM 的Key值自增量即可。

时间戳：为了增加全局ID的安全性，我们并能不直接把Redis的自增值(序列号)当作全局ID，而是应该在此基础上拼接一些其它信息，我们可以先设置某一个时间的时间戳作为参照时间戳，如2000年1月1日0时0分0秒，之后每当用户下单，我们可以获取下单时间的时间戳，再与参照时间戳做差，得到的差值用来组成全局ID的时间戳这一部分。（显然，我们全局ID设置的时间戳只有32位，因此我们需要确保差值是在2^32大小内，而2^32秒相当于136年的时间，因此是妥妥够用的，或者我们也可以选择对参照时间差进行调整来确保差值不会超过2^32）

实现代码

全局ID生成器代码如下

@Component
public class RedisIdWorker {
 
    private static final long BEGIN_TIMESTAMP = 1640995200L;
    private static final long COUNT_BITS = 32;
 
    @Resource
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
 
    public long nextId(String KeyPrefix) {
        // 1.生成全局ID时间戳部分
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        long nowSecond = now.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
        long timestamp = nowSecond - BEGIN_TIMESTAMP;
 
        // 2.生成全局ID序列号部分
        // 2.1获取当前日期，精确到天
        String date = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM:dd"));
        // 2.2获取自增长值
        Long count = stringRedisTemplate.opsForValue().increment("icr:" + KeyPrefix + ":" + date);
 
        // 3.拼接时间戳和序列号并返回
        return timestamp << COUNT_BITS | count;
    }
 
    // 用于计算20220101时间戳给BEGIN_TIMESTAMP赋值
    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 = " + second);
    }
 
}