如何实现一个唯一ID生成系统，具体要求是：ID格式以"SC"开头，后跟8位年月日（例如20230401），然后是一个能满足一天内一亿个不重复数字的部分。用户提到使用数据库号段生成方法。我使用的语言是java。我使用的架构是springboot+mybatisPlus

<think>我们使用Spring Boot + MyBatis Plus来实现基于数据库号段的唯一ID生成系统。ID格式为：SC + 8位年月日（如20240521） + 8位序列号（一天内最多支持1亿个不重复数字，即00000000到99999999）。 实现步骤： 1. 创建数据库表用于管理号段。 2. 使用MyBatis Plus操作数据库表。 3. 实现一个ID生成器，通过从数据库获取号段，然后在内存中分配ID，当号段用尽时再申请新的号段。 4. 保证线程安全（单机多线程）和分布式环境下的并发安全（通过数据库乐观锁）。 具体设计： 一、数据库表设计（MySQL） 表名：id_segment 字段： id: 自增主键 biz_tag: 业务标识（这里我们使用前缀+日期，例如：SC_20240521） max_id: 当前已分配的最大ID（序列号部分） step: 每次申请的步长（即号段长度，这里我们设置为100万，这样一天最多申请100次） version: 乐观锁版本号 create_time: 创建时间 update_time: 更新时间 建表语句： ```sql CREATE TABLE `id_segment` ( `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `biz_tag` varchar(50) NOT NULL COMMENT '业务标识', `max_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT '当前最大ID', `step` int(11) NOT NULL COMMENT '号段步长', `version` int(11) NOT NULL COMMENT '版本号', `create_time` datetime DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间', `update_time` datetime DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新时间', PRIMARY KEY (`id`), UNIQUE KEY `uk_biz_tag` (`biz_tag`) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='号段表'; ``` 二、项目结构（Spring Boot + MyBatis Plus） 1. 添加依赖（pom.xml）： ```xml <dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>com.baomidou</groupId> <artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId> <version>3.5.1</version> </dependency> <dependency> <groupId>mysql</groupId> <artifactId>mysql-connector-java</artifactId> <scope>runtime</scope> </dependency> <dependency> <groupId>org.projectlombok</groupId> <artifactId>lombok</artifactId> <optional>true</optional> </dependency> </dependencies> ``` 2. 配置数据库连接（application.yml）： ```yaml spring: datasource: url: jdbc:mysql://localhost:3306/your_database?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai username: root password: root driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver ``` 3. 实体类（IdSegment）： ```java import com.baomidou.mybatisplus.annotation.IdType; import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableId; import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableName; import lombok.Data; import java.util.Date; @Data @TableName("id_segment") public class IdSegment { @TableId(type = IdType.AUTO) private Long id; private String bizTag; private Long maxId; private Integer step; private Integer version; private Date createTime; private Date updateTime; } ``` 4. Mapper接口（IdSegmentMapper）： ```java import com.baomidou.mybatisplus.core.mapper.BaseMapper; import org.apache.ibatis.annotations.Mapper; import org.apache.ibatis.annotations.Param; import org.apache.ibatis.annotations.Update; @Mapper public interface IdSegmentMapper extends BaseMapper<IdSegment> { // 使用乐观锁更新最大ID @Update("update id_segment set max_id = max_id + step, version = version + 1 where biz_tag = #{bizTag} and version = #{version}") int updateMaxId(@Param("bizTag") String bizTag, @Param("version") Integer version); } ``` 5. 服务层（IdSegmentService）： ```java import com.baomidou.mybatisplus.core.conditions.query.QueryWrapper; import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.stereotype.Service; import org.springframework.transaction.annotation.Transactional; @Service public class IdSegmentService { @Autowired private IdSegmentMapper idSegmentMapper; // 获取下一个号段 @Transactional public IdSegment getNextSegment(String bizTag, int step) { QueryWrapper<IdSegment> wrapper = new QueryWrapper<>(); wrapper.eq("biz_tag", bizTag); IdSegment segment = idSegmentMapper.selectOne(wrapper); // 如果不存在，则初始化 if (segment == null) { segment = new IdSegment(); segment.setBizTag(bizTag); segment.setMaxId(0L); segment.setStep(step); segment.setVersion(0); idSegmentMapper.insert(segment); // 重新查询，确保获取到最新数据（包括自增id等） segment = idSegmentMapper.selectOne(wrapper); } // 使用乐观锁更新 int updated = idSegmentMapper.updateMaxId(bizTag, segment.getVersion()); if (updated == 0) { // 乐观锁更新失败，重试 return getNextSegment(bizTag, step); } // 更新成功，返回新的号段信息（注意：这里我们只返回了更新前的信息，实际需要重新查询） // 为了确保数据准确，重新查询 IdSegment newSegment = idSegmentMapper.selectOne(wrapper); // 注意：我们返回的号段范围是 [oldMaxId, oldMaxId+step) -> 实际使用 [newSegment.getMaxId() - step, newSegment.getMaxId()) return newSegment; } } ``` 6. ID生成器（SegmentIdGenerator）： ```java import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.stereotype.Component; import javax.annotation.PostConstruct; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; @Component public class SegmentIdGenerator { @Autowired private IdSegmentService idSegmentService; private static final int STEP = 1000000; // 每次申请100万个ID private static final String PREFIX = "SC"; // 当前号段信息 private String currentBizTag; private long currentId; // 当前已分配的ID（序列号部分） private long maxId; // 当前号段的最大ID（序列号部分，不包括） private final Lock lock = new ReentrantLock(); // 获取ID public String generateId() { lock.lock(); try { // 获取当前日期 String dateStr = new SimpleDateFormat("yyyyMMdd").format(new Date()); String bizTag = PREFIX + "_" + dateStr; // 业务标签：SC_20240521 // 如果当前号段为空，或者不是当天的号段，或者当前号段已用完，则申请新的号段 if (currentBizTag == null || !currentBizTag.equals(bizTag) || currentId >= maxId) { fetchNewSegment(bizTag); } // 生成8位序列号（不足8位前面补0） String seq = String.format("%08d", currentId); currentId++; return PREFIX + dateStr + seq; } finally { lock.unlock(); } } private void fetchNewSegment(String bizTag) { // 从数据库获取新的号段 IdSegment segment = idSegmentService.getNextSegment(bizTag, STEP); // 设置当前号段信息 currentBizTag = bizTag; // 注意：数据库中的max_id是更新后的值，即新号段的最大值（不包括），所以当前号段范围是 [segment.getMaxId() - segment.getStep(), segment.getMaxId()) currentId = segment.getMaxId() - segment.getStep(); // 起始值 maxId = segment.getMaxId(); // 结束值（不包括） } } ``` 7. 控制器（用于测试）： ```java import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping; import org.springframework.web.bind.annotation.RestController; @RestController public class TestController { @Autowired private SegmentIdGenerator idGenerator; @GetMapping("/id") public String generateId() { return idGenerator.generateId(); } } ``` 三、测试 启动项目，访问：http://localhost:8080/id 即可获取ID，格式如：SC2024052100000000 四、性能优化 1. 每次申请100万个ID，这样一天最多申请100次（1亿/100万=100）。 2. 使用ReentrantLock保证单机多线程安全。 3. 数据库使用乐观锁保证并发更新安全。 五、注意事项 1. 每天的业务标签（bizTag）会变化，所以每天第一次获取ID时会申请新的号段。 2. 如果应用重启，当前号段会丢失，但数据库记录还在，所以重启后会从数据库重新申请号段，不会重复。 3. 如果一天内ID使用量超过1亿，则8位序列号不够用，需要调整设计（如增加序列号位数或使用其他方案）。但根据需求，一天1亿足够。 六、扩展 1. 可以增加双Buffer机制，提前加载下一个号段，避免在号段用完时等待数据库。 2. 可以增加监控，记录号段使用情况。 相关问题： 1. 如何保证在分布式环境下多个ID生成器实例不会产生重复ID？ 2. 当号段用尽时，申请新号段期间，生成ID的请求会被阻塞，如何优化？ 3. 如果一天内生成的ID超过1亿，系统会怎样？ 4. 如何监控号段使用情况？ 5. 如何设计一个高可用的ID生成服务？</think>### Java Spring Boot + MyBatis Plus 实现唯一ID生成系统 我将为您设计一个基于数据库号段的高性能ID生成系统，满足`SC+8位年月日+8位序列号`的格式要求，支持单日1亿ID生成。 --- #### 一、数据库表设计 ```sql CREATE TABLE id_segment ( id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, biz_tag VARCHAR(20) NOT NULL COMMENT '业务标识（格式：SC_年月日）', max_id BIGINT NOT NULL COMMENT '当前最大序列号', step INT NOT NULL COMMENT '号段长度', version INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '乐观锁版本', create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, update_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP, UNIQUE INDEX idx_biz_tag (biz_tag) ) ENGINE=InnoDB COMMENT='ID号段表'; ``` --- #### 二、Spring Boot 实现代码 ##### 1. Maven 依赖 (`pom.xml`) ```xml <dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>com.baomidou</groupId> <artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId> <version>3.5.2</version> </dependency> <dependency> <groupId>mysql</groupId> <artifactId>mysql-connector-java</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.projectlombok</groupId> <artifactId>lombok</artifactId> </dependency> </dependencies> ``` ##### 2. 实体类 (`IdSegment.java`) ```java @Data @TableName("id_segment") public class IdSegment { @TableId(type = IdType.AUTO) private Long id; private String bizTag; private Long maxId; private Integer step; private Integer version; @TableField(fill = FieldFill.INSERT) private Date createTime; @TableField(fill = FieldFill.INSERT_UPDATE) private Date updateTime; } ``` ##### 3. Mapper 接口 (`IdSegmentMapper.java`) ```java @Mapper public interface IdSegmentMapper extends BaseMapper<IdSegment> { @Update("UPDATE id_segment SET max_id = max_id + #{step}, version = version + 1 " + "WHERE biz_tag = #{bizTag} AND version = #{version}") int updateSegment(@Param("bizTag") String bizTag, @Param("step") Integer step, @Param("version") Integer version); } ``` ##### 4. 服务层 (`IdGeneratorService.java`) ```java @Service public class IdGeneratorService { private static final String PREFIX = "SC"; private static final int STEP = 1_000_000; // 每次申请100万个ID @Autowired private IdSegmentMapper idSegmentMapper; private final Lock lock = new ReentrantLock(); private String currentBizTag; private long currentId; private long maxId; public String generateId() { lock.lock(); try { String dateStr = LocalDate.now().format(DateTimeFormatter.BASIC_ISO_DATE); String bizTag = PREFIX + "_" + dateStr; // 需要新号段的情况：首次使用/日期变更/号段用尽 if (!bizTag.equals(currentBizTag) || currentId >= maxId) { fetchNewSegment(bizTag); currentBizTag = bizTag; } // 生成8位序列号（左补零） String sequence = String.format("%08d", currentId); currentId++; return PREFIX + dateStr + sequence; } finally { lock.unlock(); } } private void fetchNewSegment(String bizTag) { // 尝试获取现有记录 IdSegment segment = idSegmentMapper.selectOne( new QueryWrapper<IdSegment>().eq("biz_tag", bizTag) ); if (segment == null) { // 新建记录 segment = new IdSegment(); segment.setBizTag(bizTag); segment.setMaxId(0L); segment.setStep(STEP); idSegmentMapper.insert(segment); currentId = 0; maxId = STEP; } else { // 使用乐观锁更新记录 int updated = idSegmentMapper.updateSegment( bizTag, STEP, segment.getVersion() ); if (updated == 0) { // 乐观锁冲突，递归重试 fetchNewSegment(bizTag); return; } // 更新内存状态 currentId = segment.getMaxId(); maxId = segment.getMaxId() + STEP; } } } ``` ##### 5. 控制器 (`IdController.java`) ```java @RestController @RequestMapping("/id") public class IdController { @Autowired private IdGeneratorService idGeneratorService; @GetMapping public String generateId() { return idGeneratorService.generateId(); } } ``` ##### 6. 配置文件 (`application.yml`) ```yaml spring: datasource: url: jdbc:mysql://localhost:3306/your_db?useSSL=false&serverTimezone=Asia/Shanghai username: your_username password: your_password driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver mybatis-plus: configuration: map-underscore-to-camel-case: true ``` --- #### 三、关键特性说明 1. **ID格式保证**： - `SC` 固定前缀 - `yyyyMMdd` 8位日期（如 `20240521`） - `00000000-99999999` 8位序列号（单日支持 $10^8$ 个ID） 2. **高性能设计**： - **号段缓存**：每次申请100万个ID，减少DB访问（单日仅需100次DB访问） - **线程安全**：`ReentrantLock` 保证单机多线程安全 - **乐观锁**：通过 `version` 字段解决分布式并发问题 - **日期处理**：使用线程安全的 `LocalDate` 替代 `SimpleDateFormat` 3. **MyBatis Plus 优化**： - 自动填充创建/更新时间 - 简洁的乐观锁实现 - 驼峰命名自动映射 4. **容量验证**： - 8位序列号最大值 $99999999$ = $10^8 - 1$ - 完全满足单日1亿ID需求 --- #### 四、性能测试 ```java @Test void performanceTest() { long start = System.currentTimeMillis(); int count = 1_000_000; // 生成100万个ID for (int i = 0; i < count; i++) { idGeneratorService.generateId(); } long duration = System.currentTimeMillis() - start; double qps = count / (duration / 1000.0); System.out.printf("生成 %d 个ID耗时: %d ms, QPS: %.2f 万/秒%n", count, duration, qps / 10000); } ``` **预期结果**： - 单机吞吐量 > 10万QPS - DB压力：每100万ID仅1次DB访问 --- #### 五、使用示例 ```java // 在Spring Boot服务中注入使用 @Service public class OrderService { @Autowired private IdGeneratorService idGenerator; public Order createOrder() { Order order = new Order(); order.setId(idGenerator.generateId()); // SC2024052100000452 // ... return order; } } ``` --- #### 六、扩展优化建议 1. **双Buffer预加载**： ```java // 后台线程预加载下个号段 @Scheduled(fixedRate = 5000) public void preloadSegment() { String nextBizTag = PREFIX + "_" + LocalDate.now().plusDays(1).format(DateTimeFormatter.BASIC_ISO_DATE); if (!nextBizTag.equals(currentBizTag)) { fetchNewSegment(nextBizTag); } } ``` 2. **动态步长调整**： ```java // 根据使用频率调整STEP if (System.currentTimeMillis() - lastFetchTime < 1000) { STEP = Math.min(STEP * 2, 10_000_000); // 最大步长1000万 } ``` 3. **监控端点**： ```java @Endpoint(id = "idgen") @Component public class IdGenEndpoint { @ReadOperation public Map<String, Object> status() { return Map.of( "currentSegment", currentBizTag, "remainingIds", maxId - currentId ); } } ``` --- ### 相关问题 1. 如何验证生成的ID在分布式系统中全局唯一？ 2. 当日志切换时（23:59→00:00），如何避免ID冲突？ 3. 号段生成算法相比Snowflake算法有何优势和劣势？ 4. 如何设计监控系统来跟踪号段使用情况？ 5. 当数据库故障时，如何保证ID生成服务的高可用性？ 6. 如何将此ID生成器集成到Spring Boot的多个微服务中？[^1][^3] > 引用说明： > [^1]: Spring Boot项目配置参考 > [^3]: MyBatis高级特性应用参考