关于 UUID 您需要了解的一切

通用唯一标识符 (uuid) 是计算机系统中用于唯一标识信息的 128 位标签。 uuid 被设计为在空间和时间上都是唯一的，允许它们在没有中央权威的情况下独立生成，从而最大限度地减少重复的风险。

uuid 有多种用途，包括：

• 识别数据库中的记录。
• 标记分布式系统中的对象。
• 在唯一性至关重要的应用程序中充当主键。

现实世界的用例

• 数据库：关系数据库中使用uuid作为主键，保证记录的唯一标识。
• 微服务：通过为请求和资源提供唯一标识符来促进服务通信。
• 物联网设备：唯一识别网络中的设备，确保可以聚合多个来源的数据而不会发生冲突。

使用uuid的优点和缺点

优点：

• 全局唯一性：uuid 极不可能发生冲突，这使得它们适合多个节点独立生成标识符的分布式系统。
• 不需要中央权威：它们可以在没有协调的情况下生成，这简化了分布式环境中的操作。
• 可扩展性：它们在需要跨多个服务器或服务进行扩展的系统中运行良好。

缺点：

• 存储大小：与传统整数 id（通常为 32 位）相比，uuid 消耗更多空间（128 位），这可能会导致存储成本增加。
• 性能问题：由于 uuid 的随机性和大小，索引 uuid 会降低数据库性能，导致查询时间比顺序 id 慢。
• 用户不友好：uuid 在用户界面中呈现时不容易记住或用户友好。

标准

uuid 的标准表示由 32 个十六进制字符组成，分为五组，用连字符分隔，遵循格式 8-4-4-4-12，总共 36 个字符（32 个字母数字加 4 个连字符） .

uuid 格式可以可视化如下：

xxxxxxxx-xxxx-mxxx-nxxx-xxxxxxxxxxxx

地点：

• m表示uuid版本。
• n 表示变体，这有助于解释 uuid 的布局。

uuid 的组成部分

1. timelow：4 个字节（8 个十六进制字符），表示时间戳的低字段。
2. timemid：2 个字节（4 个十六进制字符），表示时间戳的中间字段。
3. timehighandversion：2 个字节（4 个十六进制字符），包含版本号和时间戳的高位字段。
4. clocksequence：2 个字节（4 个十六进制字符），用于帮助避免冲突，特别是在快速连续生成多个 uuid 或调整系统时钟时。
5. 节点：6个字节（12个十六进制字符），通常表示生成节点的mac地址。

uuid 的类型

1. 版本 1：基于时间的 uuid，使用当前时间戳和生成节点的 mac 地址的组合。此版本确保跨空间和时间的唯一性。

2. 版本 2：与版本 1 类似，但包含本地​​域标识符；然而，由于其局限性，它不太常用。

3. 版本 3：使用命名空间标识符和名称的 md5 哈希生成的基于名称的 uuid。

4. 版本 4：随机生成的 uuid，提供高度随机性和唯一性，仅保留少量位用于版本控制。

5. 版本 5：与版本 3 类似，但使用 sha-1 进行哈希处理，使其比版本 3 更安全。

变体

uuid 中的变体字段决定其布局和解释。最常见的变体包括：

• 变体 0：保留用于 ncs 向后兼容性。
• 变体 1：大多数 uuid 使用的标准布局。
• 变体 2：用于 dce 安全 uuid，不太常见。
• 变体 3：保留供将来定义。

例子

对于 版本 4，uuid 可能如下所示：

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

这里：

• 41d4 表示这是版本 4。
• a7 代表变体，在本例中为常见的“leach-salz”变体。

uuid 是如何计算的

1. 版本 1（基于时间）：

   • 时间戳通常是自 1582 年 10 月 15 日（公历改革日期）以来 100 纳秒间隔的数量。
   • 节点是生成uuid的机器的mac地址。
   • 时钟序列有助于确保时钟时间发生变化时的唯一性（例如，由于系统重新启动）。

2. 版本 3 和版本 5（基于名称）:

   • 命名空间（如 dns 域）与名称（如文件路径或 url）组合并进行哈希处理。
   • 然后将哈希值（版本 3 的 md5，版本 5 的 sha-1）构造为 uuid 格式，确保正确设置版本和变体字段。

3. 版本 4（基于随机）：

   • 为 uuid 的 122 位生成随机数或伪随机数。
   • 版本和变体字段进行相应设置，确保符合 uuid 标准。

uuidv4 计算示例

第 1 步：生成 128 个随机位

假设我们生成以下 128 位随机值：

11001100110101101101010101111010101110110110111001011101010110110101111011010011011110100100101111001011

第 2 步：应用 uuidv4 版本和变体

1. 版本：将第 12-15 位（第 4 个字符）替换为 0100（对于 uuid 版本 4）。
   原来：1100 变成 0100 → 更新了这个位置的值。

2. 变体：将第 9 个字节的第 6-7 位替换为 10（对于 rfc 4122 变体）。
   原来：11 变成 10 → 更新了该位置的值。

第3步：格式化为十六进制

将 128 位二进制转换为 5 个十六进制组：

1. 32位组：11001100110101101101010101111010 → ccda55ba
2. 16位组：1011101101101110 → b76e
3. 16 位组：0100010101000101 → 4545（版本 4 为 0100）
4. 16 位组：1010110111110010 → adf2（其中 10 为变体）
5. 48位组：11010011011110100100101111001011 → d39d25cb

第 4 步：合并组

最终的 uuid 如下所示：
ccda55ba-b76e-4545-adf2-d39d25cb