高性能高可用的分布式唯一ID服务——mooon-uniq-id

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1. 前言

源码位置：。

mooon-uniq-id可单机运行，也可以由1~255台机器组成集群分布式运行。性能极高，单机批量取（每批限定最多100个），每秒可提供2000万个唯一ID服务，单个取每秒可以提供20万唯一ID服务。

mooon-uniq-id还具极高的可用性，只要有一台机器正常即可正常提供服务。

2. 名词

Lable 机器标签

3. 功能

mooon-uniq-id提供64位无符号整数唯一ID和类似于订单号、流水号的字符串唯一ID。

4. 唯一性原理

mooon-uniq-id生成的唯一ID通过以下公式保证：

唯一ID = 机器唯一标签 + 本机递增序列号 + 系统时间

机器唯一标签自动生成，取值从1~255，故最多支持255台机器组成集群。时间粒度为小时，单台机器一小时内的递增序列号值为536870911个，只要一小时内提供的唯一ID数不超过536870911个即是安全的。如果需求超过536870911，则可以扩展到分钟的粒度，mooon-uniq-id保留了6位供用户自由支配，这保留的6位可以用于存储分钟值。

5. 系统结构

mooon-uniq-id的实现为单进程无线程，UDP实现简单高效。采用弱主架构，这种架构下，master在一段时间内不可用，完全不影响正常服务。租期为多长，即可允许多长时间内master不可用，比如租期为7天，则7天内master不可用都不影响正常服务，agent为master的依赖非常低，因此叫弱主架构。

mooon-uniq-id由mooon-uniq-agent和mooon-uniq-master组成弱主架构，为保证可用性mooon-uniq-agent至少1台以上，而且只要有一台可以用即整体可用。

而mooon-uniq-master一般可部署2台形成主备，实际上部署一台也完全无问题，因为mooon-uniq-master只要在租期内恢复正常即可。

5.1. mooon-uniq-agent

对外提供获取唯一ID服务的是mooon-uniq-agent，至少应当部署2台，以提供必要的可用性，部署的越多可用性越高，同时每秒提供的唯一ID个数也越多，支撑的并发数也越大。

mooon-uniq-agent在能够对外服务之前，都必须先从mooon-uniq-master租约到机器标签，否则不能服务。

5.2. mooon-uniq-master

mooon-uniq-master负责租约的管理，包括租约的初始化、租约的分配和租约的过期管理和回收。

默认情况下，mooon-uniq-agent每隔1分钟以心跳的形式向mooon-uniq-master续租机器标签，可以通过命令行参数“--interval”修改续租间隔，参数值的单位为秒，默认值为600即1分钟。

mooon-uniq-master将机器标签存储在MySQL表中，各机器标签的状态也存储在MySQL表中。mooon-uniq-master对MySQL有依赖，但也不是强依赖，因为只要在租期内可以成功续租或新租成功即可，而一旦集群上线后，99.999%的时间都只是续租。

在启动mooon-uniq-master之前，需要先创建好如下3个MySQL库和表：

-- CREATE DATABASE IF NOT EXISTS uniq_id DEFAULT CHARSET utf8 COLLATE utf8_general_ci;

 

-- Label资源池表

-- mooon-uniq-master第一次启动时会初始化表t_label_pool

DROP TABLE IF EXISTS t_label_pool;

CREATE TABLE t_label_pool (

    f_label TINYINT UNSIGNED NOT NULL,

    PRIMARY KEY (f_label)

);

 

-- Label在线表

-- f_label为主键，保证同一时间不可能有两个IP租赁同一个Label，

-- 但一个IP可能同时持有一个或多个过期的Label，和一个当前有效的Label

DROP TABLE IF EXISTS t_label_online;

CREATE TABLE t_label_online (

    f_label TINYINT UNSIGNED NOT NULL,

    f_ip CHAR(16) NOT NULL,

    f_time DATETIME NOT NULL,

    PRIMARY KEY (f_label),

    KEY idx_ip(f_ip),

    KEY idx_time(f_time)

);

 

-- Label日志表

-- 记录租约和续租情况

DROP TABLE IF EXISTS t_label_log;

CREATE TABLE t_label_log (

    f_id BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT,

    f_label TINYINT UNSIGNED NOT NULL,

    f_ip CHAR(16) NOT NULL,

    f_event TINYINT NOT NULL,

    f_time DATETIME NOT NULL,

    PRIMARY KEY (f_id),

    KEY idx_label(f_label),

    KEY idx_ip(f_ip),

    KEY idx_event(f_event),

    KEY idx_time(f_time)

);

6. 限制

ID具备唯一性，但不具备递增性。

7. 核心思想

要保证ID的唯一性，最关键是要保证同一个机器标签不能同时出现在多台机器上。mooon-uniq-id的实现引入租约，每台mooon-uniq-agent在服务之前需要先成功租约到机器标签，在租约期内独占标签，并且可以在租期内续租。

在租期后，每个机器标签还有一段冻结期，处于冻结期的机器标签不会被租约。

通过这样的一种机制保证了机器标签的安全性，只要每台mooon-uniq-agent保证序列号在该机器上唯一，那么两者相结合即保证了整体上的唯一性。

序列号总是有限的，为保证永久的唯一性，在组成唯一ID时，加上了时间共同组成唯一性。

8. 编译&安装

mooon-uniq-id依赖mooon基础库，使用git或TortoiseGit下载mooon库源码：

同样，使用git或TortoiseGit下载mooon-uniq-id源码：

两者均采用CMake编译，且编译方法相同，先编译mooon基础库，编译和安装步骤：

1) 进入源代码目录，执行cmake生成Makefile文件，安装目录指定为/usr/local/mooon：

cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local/mooon .

2) 执行make编译源代码：

make

3) 在make成功后，执行“make install”完成安装：

/usr/local/mooon

├── bin

├── CMake.common

├── include

│     └── mooon

│           ├── net

│           ├── sys

│           └── utils

└── lib

       └── libmooon.a

接着编译和安装mooon-uniq-id，方法相同，安装路径也请指定为/usr/local/mooon。

9. 启动&运行

简单点可以放到crontab中自动拉起，比如借助process_monitor.sh（下载：）的监控和自动重启功能：

* * * * * /usr/local/bin/process_monitor.sh "/usr/local/uniq_id/bin/uniq_master" "/usr/local/uniq_id/bin/uniq_master --db_host=127.0.0.1 --db_port=3306 --db_user=zhangsan --db_pass='zS2018' --db_name=uniq_id"

* * * * * /usr/local/bin/process_monitor.sh "/usr/local/uniq_id/bin/uniq_agent" "/usr/local/uniq_id/bin/uniq_agent --master_nodes=192.168.31.33.225.168.251:16200,192.168.31.35:16200"

10. 编程使用

可以参考uniq_test.cpp或uniq_stress.cpp使用mooon-uniq-id，如：

bool polling = false; // 轮询还是随机选择mooon-uniq-agent

const uint32_t timeout_milliseconds = 200;

const uint8_t retry_times = 5;

 

// 注意：需要捕获CSyscallException和CException两种异常

try

{

    // agent_nodes为mooon-uniq-agent连接信息，多个间以逗号分隔，注意不要包含空格：

    // 如：192.168.1.31:6200,192.168.1.32:6200,192.168.1.33:6200

    mooon::CUniqId uniq_id(agent_nodes, timeout_milliseconds, retry_times, polling);

 

    // 取交易流水号

    //

    // %L 为取mooon-uniq-agent的机器标签，每个mooon-uniq-agent不会有相同的标签

    // %Y 为YYYY格式的年，如2017

    // %M 为MM格式的月，如：04或12等

    // %D 为DD格式的日，如：01或31等

    // %m 为mm格式的分钟，如：09或59等

    // %H 为hh格式的小时，24小时制，如：03或23等

    // %5S 表示取5位的序列号，不足时前补0

    std::string transaction_id = uniq_id.get_transaction_id("%L%Y%M%D%m%5S");

    fprintf(stdout, "%s\n", transaction_id.c_str());

 

    // 取8字节无符号整数值

    const uint64_t uniq_id = uniq_id.get_uniq_id();

    union mooon::UniqID uid;

    uid.value = uniq_id;

    fprintf(stdout, "id: %" PRIu64" => %s\n", uniq_id, uid.id.str().c_str());

}

catch (mooon::sys::CSyscallException& ex)

{

    fprintf(stderr, "%s\n", ex.str().c_str());

}

catch (mooon::utils::CException& ex)

{

    fprintf(stderr, "%s\n", ex.str().c_str());

}