Springboot整合百度开源分布式ID生成器UIDGenerator

UidGenerator是Java实现的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器。UidGenerator以组件形式工作在应用项目中, 支持自定义workerId位数和初始化策略, 从而适用于docker等虚拟化环境下实例自动重启、漂移等场景。

环境:sprinboot2.3.12.RELEASE + uid-generator1.0.0


简介

UidGenerator是Java实现的, 基于Snowflake算法的唯一ID生成器。UidGenerator以组件形式工作在应用项目中, 支持自定义workerId位数和初始化策略, 从而适用于docker等虚拟化环境下实例自动重启、漂移等场景。 在实现上, UidGenerator通过借用未来时间来解决sequence天然存在的并发限制; 采用RingBuffer来缓存已生成的UID, 并行化UID的生产和消费, 同时对CacheLine补齐,避免了由RingBuffer带来的硬件级「伪共享」问题. 最终单机QPS可达600万。

依赖版本:Java8及以上版本, MySQL(内置WorkerID分配器, 启动阶段通过DB进行分配; 如自定义实现, 则DB非必选依赖)

Snowflake算法

Springboot整合百度开源分布式ID生成器UIDGenerator

Snowflake算法描述:指定机器 & 同一时刻 & 某一并发序列,是唯一的。据此可生成一个64 bits的唯一ID(long)。默认采用上图字节分配方式:

  • sign(1bit) 固定1bit符号标识,即生成的UID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。

以上参数均可通过Spring进行自定义

CachedUidGenerator

RingBuffer环形数组,数组每个元素成为一个slot。RingBuffer容量,默认为Snowflake算法中sequence最大值,且为2^N。可通过boostPower配置进行扩容,以提高RingBuffer 读写吞吐量。

Tail指针、Cursor指针用于环形数组上读写slot:

  • Tail指针 表示Producer生产的最大序号(此序号从0开始,持续递增)。Tail不能超过Cursor,即生产者不能覆盖未消费的slot。当Tail已赶上curosr,此时可通过rejectedPutBufferHandler指定PutRejectPolicy
  • Cursor指针 表示Consumer消费到的最小序号(序号序列与Producer序列相同)。Cursor不能超过Tail,即不能消费未生产的slot。当Cursor已赶上tail,此时可通过rejectedTakeBufferHandler指定TakeRejectPolicy
Springboot整合百度开源分布式ID生成器UIDGenerator

CachedUidGenerator采用了双RingBuffer,Uid-RingBuffer用于存储Uid、Flag-RingBuffer用于存储Uid状态(是否可填充、是否可消费)

由于数组元素在内存中是连续分配的,可最大程度利用CPU cache以提升性能。但同时会带来「伪共享」FalseSharing问题,为此在Tail、Cursor指针、Flag-RingBuffer中采用了CacheLine 补齐方式。

Springboot整合百度开源分布式ID生成器UIDGenerator

RingBuffer填充时机

  • 初始化预填充 RingBuffer初始化时,预先填充满整个RingBuffer.
  • 即时填充 Take消费时,即时检查剩余可用slot量(tail – cursor),如小于设定阈值,则补全空闲slots。阈值可通过paddingFactor来进行配置,请参考Quick Start中CachedUidGenerator配置
  • 周期填充 通过Schedule线程,定时补全空闲slots。可通过scheduleInterval配置,以应用定时填充功能,并指定Schedule时间间隔

以上为百度的官方介绍,接下来我们将其整合到Springboot项目中

UIDGenerator下载

在下面地址下载uid-generator

Springboot整合百度开源分布式ID生成器UIDGenerator

UIDGenerator环境配置

创建表

DROP TABLE IF EXISTS WORKER_NODE;
CREATE TABLE WORKER_NODE
(
  ID BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'auto increment id',
  HOST_NAME VARCHAR(64) NOT NULL COMMENT 'host name',
  PORT VARCHAR(64) NOT NULL COMMENT 'port',
  TYPE INT NOT NULL COMMENT 'node type: ACTUAL or CONTAINER',
  LAUNCH_DATE DATE NOT NULL COMMENT 'launch date',
  MODIFIED TIMESTAMP NOT NULL COMMENT 'modified time',
  CREATED TIMESTAMP NOT NULL COMMENT 'created time',
  PRIMARY KEY(ID)
)COMMENT='DB WorkerID Assigner for UID Generator',ENGINE = INNODB;

将其项目中的mapper.xml文件copy到自己项目中,对应的WorkerNodeEntity,WorkerNodeDAO,
DisposableWorkerIdAssigner都copy到自己的项目中。


DisposableWorkerIdAssigner主要是修改注入的dao,因为这里我们需要修改默认的dao相关的配置。

项目配置

依赖

<dependency>
  <groupId>mysql</groupId>
  <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
  <scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
  <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
  <version>2.1.4</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>com.github.pagehelper</groupId>
  <artifactId>pagehelper-spring-boot-starter</artifactId>
  <version>1.3.0</version>
</dependency>

mybatis配置

pagehelper:
  helperDialect: mysql
  reasonable: true
  pageSizeZero: true
  offsetAsPageNum: true
  rowBoundsWithCount: true
---
mybatis:
  type-aliases-package: com.pack.domain
  mapper-locations:
  - classpath:/mappers/*.xml
  configuration:
    lazy-loading-enabled: false
    aggressive-lazy-loading: false 

mapper文件中的namespace及对应domain修改为自己路径下的。

配置UIDGenerator

@Configuration
public class UIDConfig {
	
	@Bean
	public DefaultUidGenerator defaultUidGenerator(DisposableWorkerIdAssigner disposableWorkerIdAssigner) {
		DefaultUidGenerator defaultUidGenerator = new DefaultUidGenerator() ;
		defaultUidGenerator.setWorkerIdAssigner(disposableWorkerIdAssigner) ;
		defaultUidGenerator.setTimeBits(29) ;
		defaultUidGenerator.setWorkerBits(21) ;
		defaultUidGenerator.setSeqBits(13) ;
		defaultUidGenerator.setEpochStr("2021-01-01") ;
		return defaultUidGenerator ;
	}

}

注意这里的
DisposableWorkerIdAssigner是copy到自己项目中的,不是百度提供的。

@Component
public class DisposableWorkerIdAssigner implements WorkerIdAssigner {
  @Resource
  private WorkerNodeMapper workerNodeDAO;
  // other code
}

到此所有的都配置完成了。

测试

@Resource
private DefaultUidGenerator uidGenerator ;
	
@Test
public void testGeneratorId() {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(uidGenerator.getUID()) ;
  }
}
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