Mysql全局ID生成方法

生產系統隨著業務增長總會經歷一個業務量由小變大的過程，可擴展性是考量數據庫系統高可用性的一個重要指標;在單表/數據庫數據量過大，更新量不斷飙漲時，MySQL DBA往往會對業務系統提出sharding的方案。既然要sharding，那麼不可避免的要討論到sharding key問題，在有些業務系統中，必須保證sharding key全局唯一,比如存放商品的數據庫等，那麼如何生成全局唯一的ID呢，下文將從DBA的角度介紹幾種常見的方案。

1、使用CAS思想

什麼是CAS協議

Memcached於1.2.4版本新增CAS(Check and Set)協議類同於Java並發的CAS(Compare and Swap)原子操作，處理同一item被多個線程更改過程的並發問題

CAS的基本原理

基本原理非常簡單，一言以蔽之，就是“版本號”，每個存儲的數據對象，都有一個版本號。

我們可以從下面的例子來理解：

不采用CAS，則有如下的情景：

 •第一步，A取出數據對象X；
 •第二步，B取出數據對象X；
 •第三步，B修改數據對象X，並將其放入緩存；
 •第四步，A修改數據對象X，並將其放入緩存。

結論：第四步中會產生數據寫入沖突。

采用CAS協議，則是如下的情景。

 •第一步，A取出數據對象X，並獲取到CAS-ID1；

•第二步，B取出數據對象X，並獲取到CAS-ID2； 

•第三步，B修改數據對象X，在寫入緩存前，檢查CAS-ID與緩存空間中該數據的CAS-ID是否一致。結果是“一致”，就將修改後的帶有CAS-ID2的X寫入到緩存。

 •第四步，A修改數據對象Y，在寫入緩存前，檢查CAS-ID與緩存空間中該數據的CAS-ID是否一致。結果是“不一致”，則拒絕寫入，返回存儲失敗。

這樣CAS協議就用了“版本號”的思想，解決了沖突問題。（樂觀鎖概念）

其實這裡並不是嚴格的CAS，而是使用了比較交換原子操作的思想。

生成思路如下：每次生成全局id時，先從sequence表中獲取當前的全局最大id。然後在獲取的全局id上做加1操作，加1後的值更新到數據庫，如加1後的值為203,表名是users，數據表結構如下：

CREATE TABLE `SEQUENCE` (
  `name` varchar(30) NOT NULL COMMENT '分表的表名',
  `gid` bigint(20) NOT NULL COMMENT '最大全局id',
  PRIMARY KEY (`name`)
) ENGINE=innodb 

sql語句

update sequence set gid = 203 where name = 'users' and gid < 203; 

sql語句的 and gid < 203 是為了保證並發環境下gid的值只增不減。

如果update語句的影響記錄條數為0說明，已經有其他進程提前生成了203這個值，並寫入了數據庫。需要重復以上步驟從新生成。

代碼實現如下：

//$name 表名
function next_id_db($name){
  //獲取數據庫全局sequence對象
  $seq_dao = Wk_Sequence_Dao_Sequence::getInstance();
  $threshold = 100; //最大嘗試次數
  for($i = 0; $i < $threshold; $i++){
    $last_id = $seq_dao->get_seq_id($name);//從數據庫獲取全局id
    $id = $last_id +1;
    $ret = $seq_dao->set_seq_id($name, $id);
    if($ret){
      return $id;
      break;
    }
  }
  return false;
}

2、使用全局鎖

在進行並發編程時，一般都會使用鎖機制。其實，全局id的生成也是解決並發問題。

生成思路如下：

在使用redis的setnx方法和memcace的add方法時，如果指定的key已經存在，則返回false。利用這個特性，實現全局鎖

每次生成全局id前，先檢測指定的key是否存在，如果不存在則使用redis的incr方法或者memcache的increment進行加1操作。這兩個方法的返回值是加1後的值，如果存在，則程序進入循環等待狀態。循環過程中不斷檢測key是否還存在，如果key不存在就執行上面的操作。

代碼如下：

//使用redis實現
//$name 為 邏輯表名
function next_id_redis($name){
  $redis = Wk_Redis_Util::getRedis();//獲取redis對象
  $seq_dao = Wk_Sequence_Dao_Sequence::getInstance();//獲取存儲全局id數據表對象
  if(!is_object($redis)){
    throw new Exception("fail to create redis object");
  }
  $max_times = 10; //最大執行次數 避免redis不可用的時候 進入死循環
  while(1){
    $i++;
    //檢測key是否存在，相當於檢測鎖是否存在
    $ret = $redis->setnx("sequence_{$name}_flag",time());
    if($ret){
      break;
    }
    if($i > $max_times){
      break;
    }
    $time = $redis->get("sequence_{$name}_flag");
    if(is_numeric($time) && time() - $time > 1){//如果循環等待時間大於1秒，則不再等待。
      break;
    }
  }
  $id = $redis->incr("sequence_{$name}");
  //如果操作失敗，則從sequence表中獲取全局id並加載到redis
  if (intval($id) === 1 or $id === false) {
    $last_id = $seq_dao->get_seq_id($name);//從數據庫獲取全局id
    if(!is_numeric($last_id)){
      throw new Exception("fail to get id from db");
    }
    $ret = $redis->set("sequence_{$name}",$last_id);
    if($ret == false){
      throw new Exception("fail to set redis key [ sequence_{$name} ]");
    }
    $id = $redis->incr("sequence_{$name}");
    if(!is_numeric($id)){
      throw new Exception("fail to incr redis key [ sequence_{$name} ]");
    }
  }
  $seq_dao->set_seq_id($name, $id);//把生成的全局id寫入數據表sequence
  $redis->delete("sequence_{$name}_flag");//刪除key，相當於釋放鎖
  $db = null;
  return $id;
} 

3、redis和db結合

使用redis直接操作內存，可能性能會好些。但是如果redis死掉後，如何處理呢？把以上兩種方案結合，提供更好的穩定性。
代碼如下：

function next_id($name){
  try{
    return $this->next_id_redis($name);
  }
  catch(Exception $e){
    return $this->next_id_db($name);
  }
} 

4、Flicker的解決方案

因為mysql本身支持auto_increment操作，很自然地，我們會想到借助這個特性來實現這個功能。Flicker在解決全局ID生成方案裡就采用了MySQL自增長ID的機制（auto_increment + replace into + MyISAM）。一個生成64位ID方案具體就是這樣的：
先創建單獨的數據庫(eg:ticket)，然後創建一個表：

CREATE TABLE Tickets64 (
      id bigint(20) unsigned NOT NULL auto_increment,
      stub char(1) NOT NULL default '',
      PRIMARY KEY (id),
      UNIQUE KEY stub (stub)
  ) ENGINE=MyISAM 

當我們插入記錄後，執行SELECT * from Tickets64，查詢結果就是這樣的：

+-------------------+------+
| id                | stub |
+-------------------+------+
| 72157623227190423 |    a |
+-------------------+------+

在我們的應用端需要做下面這兩個操作，在一個事務會話裡提交：

REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ('a');
SELECT LAST_INSERT_ID(); 

這樣我們就能拿到不斷增長且不重復的ID了。
到上面為止，我們只是在單台數據庫上生成ID，從高可用角度考慮，
接下來就要解決單點故障問題：Flicker啟用了兩台數據庫服務器來生成ID，
通過區分auto_increment的起始值和步長來生成奇偶數的ID。

TicketServer1:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 1
TicketServer2:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 2 

最後，在客戶端只需要通過輪詢方式取ID就可以了。

 •優點：充分借助數據庫的自增ID機制，提供高可靠性，生成的ID有序。

 •缺點：占用兩個獨立的MySQL實例，有些浪費資源，成本較高。

以上內容是小編給大家分享的Mysql全局ID生成方法，希望大家喜歡。