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什么是發(fā)號器
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在互聯(lián)網場景中，很多業(yè)務要求生成唯一的ID號，以用于區(qū)分某些資源。常見例子：電商系統(tǒng)中的訂單ID號、聊天群組中的消息ID號、上傳文件到存儲系統(tǒng)中之后生成的文件ID號、用戶注冊系統(tǒng)中的用戶ID號、商戶系統(tǒng)中的商戶ID號、開放平臺中的開發(fā)者賬號ID、餐飲店的排隊進餐號、影劇院票據單號、醫(yī)院/銀行排隊號等等，這些基本都是基于先來后到的規(guī)則生成，以期達到唯一性或稍顯公平的享受某些資源。
你是否想過使用技術應該如何實現呢？下面引出本文主角：發(fā)號器（ticket dispenser），也可稱之為ID生成器 (生成的ID號可以是字符串也可以是整數，本文僅探討生成整數id的發(fā)號器實現原理)。
在互聯(lián)網行業(yè)中，為了保證服務的穩(wěn)定性、可用性、并發(fā)性等指標，服務一般是采用集群多節(jié)點部署，如何保證在這些不同的節(jié)點生成符合業(yè)務要求的ID，又引出另一個概念：分布式ID生成器(實現方案有多種)。關于分布式ID的常見實現方式參考筆者文章：分布式ID的5種生成方式以及Go源碼中的一種應用，文章中列舉了常見的5種實現方式以及原理。本文，則重點講解使用Redis+DB基于號段的發(fā)號器實現原理。
實現發(fā)號器需要的關注點
需要關注的點大致有以下幾個：
- 有序性
正序或倒序，發(fā)號器基本都是基于某種緯度的正序排列。還有一些不需要有序性，只要保證唯一性即可。
- 遞增性
隨著時間的流逝，號碼的值只能增大不能變小，即：后面生成的一定大于前面生成的。
- 唯一性
在整個生成的號碼值域中，同一個號碼有且僅出現一次。
- 先到先得
先申請?zhí)柎a的先獲取到，后申請?zhí)柎a的后獲取到。
基于號段的發(fā)號器實現原理
由上圖可知，實現基于號段的發(fā)號器邏輯有2個角色：
1. 發(fā)號生成器
2. 集中式號段管理器
對于基于號段的發(fā)號器來說，發(fā)號生成器本身存儲一段可用的值域空間，其數據結構一般為：[currId, maxId]，currId為下一個可用id，maxId為當前號段最大id。每當有號碼申請到達后，發(fā)號器先判斷是否有可用號碼。
若currId<=maxId則存在可用id，把currId返回給申請方，然后currId+=1。
若currId>maxId，說明該號段被消耗殆盡。此時，發(fā)號器需要申請新的號段值域空間。即：申請新的maxId，一般使用步長的方式，發(fā)號器每次申請新的值域空間，會得到長度固定的新值域空間 (判斷發(fā)號生成器是否存在可用號碼，一般有2種寫法，只是處理邊界條件不一樣，這里以currId<=maxId視為有可用號碼)。
通常情況下，發(fā)號生成器分為進程內發(fā)號生成器與進程外發(fā)號生成器。即：在進程內部維護[currId, maxId]值域空間還是在進程外部維護[currId, maxId]值域空間。進程內部可以通過全局變量+進程內部鎖(或原子操作)的方式實現，進程外部通過其他中間件(Redis or DB)或服務來實現。
進程內發(fā)號生成器與進程外發(fā)號生成器的使用場景也有很大不同之處，服務一般存在多個節(jié)點，每個節(jié)點都存在一個業(yè)務進程。若對全部請求都要保證先來后到嚴格的時序性，則需要使用唯一的進程外發(fā)號生成器。若不用保證先來后到嚴格的時序性，則進程內發(fā)號生成器與進程外發(fā)號生成器都可以使用，考慮性能優(yōu)先選擇進程內發(fā)號生成器。
Redis+DB實現基于號段的發(fā)號器
通過上面可知，實現發(fā)號器功能需要實現2個角色：發(fā)號生成器與集中式號段管理器，本文著重講解進程外發(fā)號生成器的實現原理。這里使用Redis作為發(fā)號生成器，DB作為集中式號段管理器。
Redis發(fā)號生成器僅僅是一個hash類型的數值結構，包含2個field：v_l/v_h。
DB集中式號段管理器一般是一張表結構，核心的2個字段：server_name/max_id。
通過上圖可知，業(yè)務在通過發(fā)號器獲取號碼時需要經歷以下幾個步驟：
1. 業(yè)務請求Redis發(fā)號生成器獲取號碼
2. 發(fā)號生成器判斷是否存在可用號碼
3. 有幾種情況
3.1 正常獲取號碼返回給業(yè)務(到這里結束)
3.2 發(fā)號生成器數據結構不存在
3.3 發(fā)號生成器數值空間耗盡
4. 對于3.2/3.3這兩種情況，業(yè)務會加分布式鎖并請求DB集中式號段管理器獲取新的號段
5. DB集中式號段管理器返回新的號段
6. 業(yè)務更新發(fā)號生成器號段
7. 回到第1步
網站標題：Redis+DB實現基于號段的發(fā)號器原理
本文URL：http://www.dlmjj.cn/article/dpgcpcj.html
