生产系统随着业务增长总会经历一个业务量由小变大的过程,可扩展性是考量数据库系统高可用性的一个重要指标;在单表/数据库数据量过大,更新量不断飙涨时,MySQL DBA往往会对业务系统提出sharding的方案。既然要sharding,那么不可避免的要讨论到sharding key问题,在有些业务系统中,必须保证sharding key全局唯一,比如存放商品的数据库等,那么如何生成全局唯一的ID呢,下文将从DBA的角度介绍几种常见的方案。
1、使用CAS思想
什么是CAS协议
Memcached于1.2.4版本新增CAS(Check and Set)协议类同于Java并发的CAS(Compare and Swap)原子操作,处理同一item被多个线程更改过程的并发问题
CAS的基本原理
基本原理非常简单,一言以蔽之,就是“版本号”,每个存储的数据对象,都有一个版本号。
我们可以从下面的例子来理解:
不采用CAS,则有如下的情景:
•第一步,A取出数据对象X;
•第二步,B取出数据对象X;
•第三步,B修改数据对象X,并将其放入缓存;
•第四步,A修改数据对象X,并将其放入缓存。
结论:第四步中会产生数据写入冲突。
采用CAS协议,则是如下的情景。
•第一步,A取出数据对象X,并获取到CAS-ID1;
•第二步,B取出数据对象X,并获取到CAS-ID2;
•第三步,B修改数据对象X,在写入缓存前,检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“一致”,就将修改后的带有CAS-ID2的X写入到缓存。
•第四步,A修改数据对象Y,在写入缓存前,检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“不一致”,则拒绝写入,返回存储失败。
这样CAS协议就用了“版本号”的思想,解决了冲突问题。(乐观锁概念)
其实这里并不是严格的CAS,而是使用了比较交换原子操作的思想。
生成思路如下:每次生成全局id时,先从sequence表中获取当前的全局最大id。然后在获取的全局id上做加1操作,加1后的值更新到数据库,如加1后的值为203,表名是users,数据表结构如下:
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CREATE TABLE ` SEQUENCE ` (
` name ` varchar (30) NOT NULL COMMENT '分表的表名' ,
`gid` bigint (20) NOT NULL COMMENT '最大全局id' ,
PRIMARY KEY (` name `)
) ENGINE=innodb
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sql语句
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update sequence set gid = 203 where name = 'users' and gid < 203;
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sql语句的 and gid < 203 是为了保证并发环境下gid的值只增不减。
如果update语句的影响记录条数为0说明,已经有其他进程提前生成了203这个值,并写入了数据库。需要重复以上步骤从新生成。
代码实现如下:
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//$ name 表名
function next_id_db($ name ){
//获取数据库全局 sequence 对象
$seq_dao = Wk_Sequence_Dao_Sequence::getInstance();
$threshold = 100; //最大尝试次数
for ($i = 0; $i < $threshold; $i++){
$last_id = $seq_dao->get_seq_id($ name );//从数据库获取全局id
$id = $last_id +1;
$ret = $seq_dao->set_seq_id($ name , $id);
if($ret){
return $id;
break;
}
}
return false ;
}
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2、使用全局锁
在进行并发编程时,一般都会使用锁机制。其实,全局id的生成也是解决并发问题。
生成思路如下:
在使用redis的setnx方法和memcace的add方法时,如果指定的key已经存在,则返回false。利用这个特性,实现全局锁
每次生成全局id前,先检测指定的key是否存在,如果不存在则使用redis的incr方法或者memcache的increment进行加1操作。这两个方法的返回值是加1后的值,如果存在,则程序进入循环等待状态。循环过程中不断检测key是否还存在,如果key不存在就执行上面的操作。
代码如下:
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//使用redis实现
//$ name 为 逻辑表名
function next_id_redis($ name ){
$redis = Wk_Redis_Util::getRedis();//获取redis对象
$seq_dao = Wk_Sequence_Dao_Sequence::getInstance();//获取存储全局id数据表对象
if(!is_object($redis)){
throw new Exception( "fail to create redis object" );
}
$max_times = 10; //最大执行次数 避免redis不可用的时候 进入死循环
while(1){
$i++;
//检测 key 是否存在,相当于检测锁是否存在
$ret = $redis->setnx( "sequence_{$name}_flag" , time ());
if($ret){
break;
}
if($i > $max_times){
break;
}
$ time = $redis->get( "sequence_{$name}_flag" );
if(is_numeric($ time ) && time () - $ time > 1){//如果循环等待时间大于1秒,则不再等待。
break;
}
}
$id = $redis->incr( "sequence_{$name}" );
//如果操作失败,则从 sequence 表中获取全局id并加载到redis
if (intval($id) === 1 or $id === false ) {
$last_id = $seq_dao->get_seq_id($ name );//从数据库获取全局id
if(!is_numeric($last_id)){
throw new Exception( "fail to get id from db" );
}
$ret = $redis-> set ( "sequence_{$name}" ,$last_id);
if($ret == false ){
throw new Exception( "fail to set redis key [ sequence_{$name} ]" );
}
$id = $redis->incr( "sequence_{$name}" );
if(!is_numeric($id)){
throw new Exception( "fail to incr redis key [ sequence_{$name} ]" );
}
}
$seq_dao->set_seq_id($ name , $id);//把生成的全局id写入数据表 sequence
$redis-> delete ( "sequence_{$name}_flag" );//删除 key ,相当于释放锁
$db = null ;
return $id;
}
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3、redis和db结合
使用redis直接操作内存,可能性能会好些。但是如果redis死掉后,如何处理呢?把以上两种方案结合,提供更好的稳定性。
代码如下:
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function next_id($ name ){
try{
return $this->next_id_redis($ name );
}
catch(Exception $e){
return $this->next_id_db($ name );
}
}
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4、Flicker的解决方案
因为mysql本身支持auto_increment操作,很自然地,我们会想到借助这个特性来实现这个功能。Flicker在解决全局ID生成方案里就采用了MySQL自增长ID的机制(auto_increment + replace into + MyISAM)。一个生成64位ID方案具体就是这样的:
先创建单独的数据库(eg:ticket),然后创建一个表:
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CREATE TABLE Tickets64 (
id bigint (20) unsigned NOT NULL auto_increment,
stub char (1) NOT NULL default '' ,
PRIMARY KEY (id),
UNIQUE KEY stub (stub)
) ENGINE=MyISAM
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当我们插入记录后,执行SELECT * from Tickets64,查询结果就是这样的:
+-------------------+------+
| id | stub |
+-------------------+------+
| 72157623227190423 | a |
+-------------------+------+
在我们的应用端需要做下面这两个操作,在一个事务会话里提交:
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REPLACE INTO Tickets64 (stub) VALUES ( 'a' );
SELECT LAST_INSERT_ID();
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这样我们就能拿到不断增长且不重复的ID了。
到上面为止,我们只是在单台数据库上生成ID,从高可用角度考虑,
接下来就要解决单点故障问题:Flicker启用了两台数据库服务器来生成ID,
通过区分auto_increment的起始值和步长来生成奇偶数的ID。
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TicketServer1:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 1
TicketServer2:
auto-increment-increment = 2
auto-increment-offset = 2
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最后,在客户端只需要通过轮询方式取ID就可以了。
•优点:充分借助数据库的自增ID机制,提供高可靠性,生成的ID有序。
•缺点:占用两个独立的MySQL实例,有些浪费资源,成本较高。
以上内容是小编给大家分享的Mysql全局ID生成方法,希望大家喜欢。