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MongoDB文档全局唯一ID的设计分析

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MongoDB中数据的基本单元称为文档(Document)。文档是MongoDB的核心概念,多个键极其关联的值有序的放置在一起便是文档。

在一个特定集合内部,需要唯一的标识文档。因此MongoDB中存储的文档都由一个”_id”键,用于完成此功能。这个键的值可以是任意类型的,默认为ObjectId对象。ObjectId对象的生成思路是本文的主题,也是很多分布式系统可以借鉴的思路。

为了考虑分布式,“_id”要求不同的机器都能用全局唯一的同种方法方便的生成它。因此不能使用自增主键(需要多台服务器进行同步,既费时又费力),因此选用了生成ObjectId对象的方法。

ObjectId使用12字节的存储空间,其生成方式如下:

1
2
3
|0|1|2|3|4|5|6 |7|8|9|10|11|
 
|时间戳  |机器ID|PID|计数器   |

前四个字节时间戳是从标准纪元开始的时间戳,单位为秒,有如下特性:

时间戳与后边5个字节一块,保证秒级别的唯一性;
保证插入顺序大致按时间排序;
隐含了文档创建时间;
时间戳的实际值并不重要,不需要对服务器之间的时间进行同步(因为加上机器ID和进程ID已保证此值唯一,唯一性是ObjectId的最终诉求)。

机器ID是服务器主机标识,通常是机器主机名的散列值。

同一台机器上可以运行多个mongod实例,因此也需要加入进程标识符PID。

前9个字节保证了同一秒钟不同机器不同进程产生的ObjectId的唯一性。后三个字节是一个自动增加的计数器(一个mongod进程需要一个全局的计数器),保证同一秒的ObjectId是唯一的。同一秒钟最多允许每个进程拥有(256^3 = 16777216)个不同的ObjectId。

总结一下:时间戳保证秒级唯一,机器ID保证设计时考虑分布式,避免时钟同步,PID保证同一台服务器运行多个mongod实例时的唯一性,最后的计数器保证同一秒内的唯一性(选用几个字节既要考虑存储的经济性,也要考虑并发性能的上限)。

“_id”既可以在服务器端生成也可以在客户端生成,在客户端生成可以降低服务器端的压力。

本文固定链接: http://www.chepoo.com/mongodb-uuid-desgin.html | IT技术精华网

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