分散ID生成スノーフレークアルゴリズム

一意の ID はデータの一意性を識別します。分散システムで一意の ID を生成する方法は多数あります。一般的な方法は次の 3 つです。

• MySQL の自動インクリメント列や Oracle シーケンスなど、データベースによって異なります。
• UUID乱数
• スノーフレークアルゴリズム（この記事で説明します）

1. データベースとUUIDソリューションの欠点

データベースの自動増分シーケンスを使用します。

• 読み取りと書き込みの分離が発生すると、プライマリ ノードのみが書き込み操作を実行できるため、単一点障害のリスクが発生する可能性があります。
• テーブルやデータベースの分割、データの移行やマージなどが面倒です。

UUID乱数:

• 意味のない文字列を使用し、並べ替えは行いません
• UUID は文字列形式で保存されるため、データ量が多い場合はクエリ効率が比較的低くなります。

2. スノーフレークアルゴリズムについて

自然界には、全く同じ雪の結晶は二つとして存在しない、という格言があります。それぞれの雪の結晶は、美しくユニークな形をしており、他に類を見ないものです。スノーフレーク アルゴリズムは、生成された ID がスノーフレークと同じくらい一意であることも意味します。

1. スノーフレークアルゴリズムの概要

スノーフレーク アルゴリズムによって生成される ID は完全にデジタルであり、時系列を持ちます。オリジナル版はScala版で、その後Java、C++など多くの言語版が登場しました。

2. 構成構造

大まかに言うと、最初の無効文字、タイムスタンプの差、マシン（プロセス）コード、シリアル番号の 4 つの部分で構成されます。

3. 機能（自己増分、順序付き、分散シナリオに適している）

• 時間: 時間で並べ替えることができ、クエリ速度の向上に役立ちます。
• マシン ID ビット: 分散環境の各ノードを識別するのに適しています。マシン ビットは、ノード数と展開条件に応じて 10 ビットに分割できます。たとえば、5 ビットを分割してプロセス ビットを表すことができます。
• シーケンス番号ビット: 自己増分 ID のシリーズで、同じノードが同じミリ秒内に複数の ID 番号を生成することをサポートします。12 ビットのカウント シーケンス番号は、各ノードが 1 ミリ秒あたり 4096 個の ID 番号を生成することをサポートします。

スノーフレーク アルゴリズムは、プロジェクトの状況や独自のニーズに応じて変更できます。

3. スノーフレークアルゴリズムの欠点

スノーフレーク アルゴリズムの ID は単一マシン システムでは増加しますが、複数のノードを持つ分散システムでは、すべてのノードのクロックが完全に同期されているとは保証できないため、ID がグローバルに増加しない状況が発生する可能性があります。

IV. 結論

分散ユニーク ID にはさまざまな方式があります。この記事では主にスノーフレーク アルゴリズムについて説明します。スノーフレーク アルゴリズムの構成構造は、無効ビット、時間ビット、マシン ビット、シリアル番号ビットに大別されます。その特徴は、自己増分、順序、純粋なデジタル構成、高いクエリ効率、データベースからの独立性です。分散シナリオでのアプリケーションに適しており、具体的な実装の詳細はニーズに応じて調整できます。