redis lua脚本在集群中也是原子的吗 lua redis 集群

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mob64ca140a59b0 2024-06-26 10:58:55

文章标签 redis 分布式数据库 lua java 文章分类 Redis 数据库

最近公司要把服务做成分布式的部署，所以生成全局唯一id是首先要考虑的点

总结

1.mysql自增id

2.UUID

3.雪花算法

4.雪花算法的各种变种（解决时间回拨问题）

5.redis集群或单机利用lua生成分布式id（代码演示）

1.mysql自增id

分库分表情况下要设置初始值与步长

优点：不用集成第三方，当下就能使用

缺点：以后随着机器的增多，维护成本以及生成策略不好控制

2.UUID

生来就可以作为分布式id，本身生成简单不需要任何第三方依赖

优点：生成简单，速度快，QPS高（支持100ns级并发），不依赖语言各个语言都有自己的UUID生成器

缺点：生成长度过长且无序，可读性差，作为分布式主键性能较差，数据库查询和索引效率低

3.雪花算法

1位固定0+41位时间戳(毫秒)+10位工作机器id+12位序列号(一个节点一毫秒最多生成4096个ID)组成生成的64位Long类型的id

优点：所有生成的id按时间趋势递增，整个分布式系统内不会产生重复id（因为有datacenterId和workerId来做区分）

缺点：集群的情况下，服务器之间的时间差会导致时间回拨

4.雪花算法的各种变种（解决时间回拨问题）

百度 uid-generator

传统的雪花算法实现都是通过System.currentTimeMillis()来获取时间并与上一次时间进行比较，这样的实现严重依赖服务器的时间。

而UidGenerator的时间类型是AtomicLong，且通过incrementAndGet()方法获取下一次的时间，从而脱离了对服务器时间的依赖，也就不会有时钟回拨的问题

类似的还有美团的 Leaf 、滴滴的tinyid

这几个生成方案都有一个共同的缺点：增加了系统的复杂度，原本的雪花算法只使用内存计算

而变种系列都或多或少增加了一些第三方中间件

5.redis集群或单机利用lua生成分布式id（代码演示）

原理：
首先，要知道redis的EVAL，EVALSHA命令：
利用redis的lua脚本执行功能，在每个节点上通过lua脚本生成唯一ID。
生成的ID是64位的：
使用41 bit来存放时间，精确到毫秒，可以使用41年。
使用12 bit来存放逻辑分片ID，最大分片ID是4095
使用10 bit来存放自增长ID，意味着每个节点，每毫秒最多可以生成1024个ID
比如GTM时间 Fri Mar 13 10:00:00 CST 2015 ，它的距1970年的毫秒数是 1426212000000，假定分片ID是53，自增长序列是4，则生成的ID是：
5981966696448054276 = 1426212000000 << 22 + 53 << 10 + 41
redis提供了TIME命令，可以取得redis服务器上的秒数和微秒数。因些lua脚本返回的是一个四元组。
second, microSecond, partition, seq
客户端要自己处理，生成最终ID。
((second * 1000 + microSecond / 1000) << (12 + 10)) + (shardId << 10) + seq;

(1)lua脚本代码

-- need redis 3.2+
redis.replicate_commands();

local prefix = '__idgenerator_';
local partitionCount = 4096;
local step = 2;
local startStep = 1;

local tag = KEYS[1];
-- if user do not pass shardId, default partition is 0.
local partition
if KEYS[2] == nil then
  partition = 0;
else
  partition = KEYS[2] % partitionCount;
end

local now = redis.call('TIME');

local miliSecondKey = prefix .. tag ..'_' .. partition .. '_' .. now[1] .. '_' .. math.floor(now[2]/1000);

local count;
repeat
  count = tonumber(redis.call('INCRBY', miliSecondKey, step));
  if count > (1024 - step) then
      now = redis.call('TIME');
      miliSecondKey = prefix .. tag ..'_' .. partition .. '_' .. now[1] .. '_' .. math.floor(now[2]/1000);
  end
until count <= (1024 - step)

if count == step then
  redis.call('PEXPIRE', miliSecondKey, 5);
end

-- second, microSecond, partition, seq
return {tonumber(now[1]), tonumber(now[2]), partition, count + startStep}

（2）利用lua脚本生成机器节点唯一标识

/**
     * @Description 根据lua脚本生成redis单节点唯一序列号
     * @return sha1 唯一序列号
     * @Author liuy
     */
    public String createluacreate(){
        #防止同一节点标识重复加锁
        String lockKey = "soboot";
        String uuid = UUID.getSignUUID();
        boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, uuid, 3, TimeUnit.MINUTES);
        if (!success) {
            SoBootLogger.error("锁已存在");
        }
        // 执行 lua 脚本
        DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        // 指定 lua 脚本
        redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/redis-script-node.lua")));
        // 指定返回类型
        redisScript.setResultType(Long.class);
        // 参数一：redisScript，参数二：key列表，参数三：arg（可多个）
         redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(lockKey), uuid);
        return redisScript.getSha1();

    }

生成的sha1唯一标识

redis lua脚本在集群中也是原子的吗 lua redis 集群_redis

（3）yml配置jedis连接redis

# spring配置
spring: 
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password: root
    timeout: 5000
    jedis:
     pool:
      max-idle: 50
      max-active: 20
      min-idle: 30

(4)JedisConfig配置类

package com.soboot.system.config;


import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

/**
 * @Author liuy
 * @Description jedis配置
 * @Date 2021/11/2 15:02
 * @Version 1.0
 */
@Configuration
@EnableCaching
public class JedisConfig {
    @Value("${spring.redis.host}")
    private String host;
    @Value("${spring.redis.port}")
    private int port;
    @Value("${spring.redis.password}")
    private String password;
    @Value("${spring.redis.timeout}")
    private int timeout;
    @Value("${spring.redis.jedis.pool.max-idle}")
    private int maxIdle;
    @Value("${spring.redis.jedis.pool.max-active}")
    private int maxActive;
    @Value("${spring.redis.jedis.pool.min-idle}")
    private int minIdle;

    @Bean
    public JedisPool jedisPool(){
        JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
        jedisPoolConfig.setMaxIdle(maxIdle);
        jedisPoolConfig.setMaxTotal(maxActive);
        jedisPoolConfig.setMinIdle(minIdle);
        JedisPool jedisPool = new JedisPool(jedisPoolConfig, host, port, timeout, password);
        return jedisPool;
    }
}

（5）生成分布式id代码

package com.soboot.system.service;

import com.soboot.common.core.text.UUID;
import com.soboot.common.core.utils.SoBootLogger;
import com.soboot.common.redis.service.RedisService;
import org.apache.commons.lang3.tuple.Pair;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
import org.springframework.scripting.support.ResourceScriptSource;
import org.springframework.stereotype.Service;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisConnectionException;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@SuppressWarnings(value = {"unchecked", "rawtypes"})
@Service("idGenService")
public class IdGenService {

    @Autowired
    private JedisPool jedisPool;
    /**
     * JedisPool, luaSha
     */
    private static List<Pair<JedisPool, String>> jedisPoolList = new ArrayList<>();
    private static int retryTimes = 0;
    private int index = 0;


    private IdGenService() {
    }

    private IdGenService(List<Pair<JedisPool, String>> list, int time) {
        jedisPoolList = list;
        retryTimes = time;
    }

    public IdGenService.IdGeneratorBuilder builder() {
        return new IdGenService.IdGeneratorBuilder();
    }

    public static class IdGeneratorBuilder {
        List<Pair<JedisPool, String>> jedisPoolList = new ArrayList();
        int retryTimes = 5;

        public IdGenService.IdGeneratorBuilder addHost(JedisPool jedisPool, String luaSha) {
            jedisPoolList.add(Pair.of(jedisPool, luaSha));
            return this;
        }

        public IdGenService build() {
            return new IdGenService(jedisPoolList, retryTimes);
        }
    }

    public long next(String tab) {
        for (int i = 0; i < retryTimes; ++i) {
            Long id = innerNext(tab);
            if (id != null) {
                return id;
            }
        }
        throw new RuntimeException("Can not generate id!");
    }

    Long innerNext(String tab) {
        index++;
        int i = index % jedisPoolList.size();
        Pair<JedisPool, String> pair = jedisPoolList.get(i);
        JedisPool jedisPool = pair.getLeft();
        String luaSha = pair.getRight();
        Jedis jedis = null;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();
            List<Long> result = (List<Long>) jedis.evalsha(luaSha, 2, tab, "" + i);
            long id = buildId(result.get(0), result.get(1), result.get(2),
                    result.get(3));
            return id;
        } catch (JedisConnectionException e) {
            if (jedis != null) {
                jedisPool.returnBrokenResource(jedis);
            }
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedisPool.returnResource(jedis);
            }
        }
        return null;
    }

    public static long buildId(long second, long microSecond, long shardId,
                               long seq) {
        long miliSecond = (second * 1000 + microSecond / 1000);
        return (miliSecond << (12 + 10)) + (shardId << 10) + seq;
    }

    public static List<Long> parseId(long id) {
        long miliSecond = id >>> 22;
        long shardId = (id & (0xFFF << 10)) >> 10;
        List<Long> re = new ArrayList<Long>(4);
        re.add(miliSecond);
        re.add(shardId);
        return re;
    }

    /**
     * @param tab evalsha命令参数 一般填需要生成分布式id的业务模块名称 例如 order、user、log
     * @return 分布式id
     */
    public long getId(String tab) {
        this.builder()
                .addHost(jedisPool, "223b0f1b655aa0396ec9d58b3df027ad7626c26a")
                .build();
        long id = this.next(tab);
        System.out.println("分布式id值:" + id);
        List<Long> result = this.parseId(id);
        System.out.println("分布式id生成的时间是:" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date(result.get(0))));
        System.out.println("redis节点:" + result.get(1));
        return id;
    }
}

（6）调用getId方法生成

redis lua脚本在集群中也是原子的吗 lua redis 集群_数据库_02