淺談CAS在分布式ID生成方案上的應用

2018-09-09 18:55 更新
近幾篇文章聊CAS被罵得較多,今天還是聊CAS,談談CAS在一種“分布式ID生成方案”上的應用。 

所謂“分布式ID生成方案”,是指在分布式環(huán)境下,生成全局唯一ID的方法。

可以利用DB自增鍵(auto inc id)來生成全局唯一ID,插入一條記錄,生成一個ID:
DB自增鍵
這個方案利用了數(shù)據(jù)庫的單點特性,其優(yōu)點為:
?無需寫額外代碼
?全局唯一
?絕對遞增
?遞增ID的步長確定

其不足為:
?需要做數(shù)據(jù)庫HA,保證生成ID的高可用
?數(shù)據(jù)庫中記錄數(shù)較多
?生成ID的性能,取決于數(shù)據(jù)庫插入性能

優(yōu)化方案為:
?利用雙主保證高可用
?定期刪除數(shù)據(jù)
?增加一層服務,采用批量生成的方式降低數(shù)據(jù)庫的寫壓力,提升整體性能

增加服務后,DB中只需保存當前最大的ID即可,在服務啟動初始化的過程中,首先拉取當前的max-id:
拉取max-id
select max_id from T;

然后批量獲取一批ID,放到id-servcie內存里,并將max-id寫回數(shù)據(jù)庫:
max-id寫回數(shù)據(jù)庫
update T set max_id=200;

這樣,id-service就拿到了[100, 200]這一批ID,上游在獲取ID時,不用每次都插入數(shù)據(jù)庫,而是分配完100個ID后,再修改max-id的值,這樣分配ID的整體性能就增加了100倍。

這個方案的優(yōu)點:
?數(shù)據(jù)庫只保存一條記錄
?性能極大增強

其不足為:
?如果id-service重啟,可能內存會有一段已經申請的ID沒有分配出去,導致ID空洞,當然,這不是一個嚴重的問題
?服務沒有做HA,無法保證高可用

優(yōu)化方案為:
?冗余服務,做集群保證高可用

冗余了服務后,多個服務在啟動過程中,進行ID批量申請時,可能由于并發(fā)導致數(shù)據(jù)不一致
冗余問題
select max_id from T;
如上圖所示,兩個id-service在啟動的過程中,同時拿到了max-id為100。

兩個id-service同時對數(shù)據(jù)庫的max-id進行寫回:
冗余問題2
update T set max_id=200;

寫回max-id成功后,這兩個id-service都以為自己拿到了[100,200]這一批ID,導致集群會生成重復的ID。

問題發(fā)生的原因,是并發(fā)寫回時,沒有對max-id的初始值進行比對
id-service1寫回max-id=200成功的條件是,max-id必須等于100
id-service2寫回max-id=200成功的條件是,max-id也必須等于100

id-service1寫回時,max-id是100,理應寫回成功
id-service2寫回時,max-id已經被改成了200,不應該寫回成功

只要實施CAS樂觀鎖,在寫回時對max-id的初始條件進行比對,就能避免數(shù)據(jù)的不一致,寫回SQL由:
update T set max_id=200;
升級為:
update T set max_id=200 where max_id=100;

這樣,id-service2寫回時,就會失敗:
實施CAS樂觀鎖
失敗后,id-service2要再次查詢max-id:

此時max-id已經變?yōu)?00,于是id-service2獲取到了[200, 300]這一批ID,并將max-id=300寫回:
實施CAS樂觀鎖3
update t set max_id=300 where max_id=200;
寫回成功。

這種方案的好處是:
?能夠通過水平擴展的方式,達到分布式ID生成服務的無限性能
?使用CAS簡潔的保證不會生成重復的ID

其不足為:
?由于有多個service,生成的ID 不是絕對遞增的,而是趨勢遞增

本文介紹了CAS在分布式ID生成方案上的一種應用,更多的分布式ID生成方案,請參考《細聊分布式ID生成器架構》。
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