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什么是 UUID ?

其乐m
 其乐m
发布于 03/27 12:22
字数 1358
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UUID 是指Universally Unique Identifier,翻译为中文是通用唯一识别码,UUID 的目的是让分布式系统中的所有元素都能有唯一的识别信息。如此一来,每个人都可以创建不与其它人冲突的 UUID,就不需考虑数据库创建时的名称重复问题。

定义

UUID 是由一组32位数的16进制数字所构成,是故 UUID 理论上的总数为16^32=2^128,约等于3.4 x 10^123。

也就是说若每纳秒产生1百万个 UUID,要花100亿年才会将所有 UUID 用完

格式

UUID 的十六个八位字节被表示为 32个十六进制数字,以连字号分隔的五组来显示,形式为 8-4-4-4-12,总共有 36个字符(即三十二个英数字母和四个连字号)。例如:

123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

数字 M的四位表示 UUID 版本,当前规范有5个版本,M可选值为1, 2, 3, 4, 5

数字 N的一至四个最高有效位表示 UUID 变体( variant ),有固定的两位10xx因此只可能取值8, 9, a, b

UUID版本通过M表示,当前规范有5个版本,M可选值为1, 2, 3, 4, 5。这5个版本使用不同算法,利用不同的信息来产生UUID,各版本有各自优势,适用于不同情景。具体使用的信息

  • version 1, date-time & MAC address
  • version 2, date-time & group/user id
  • version 3, MD5 hash & namespace
  • version 4, pseudo-random number
  • version 5, SHA-1 hash & namespace

使用较多的是版本1和版本4,其中版本1使用当前时间戳和MAC地址信息。版本4使用(伪)随机数信息,128bit中,除去版本确定的4bit和variant确定的2bit,其它122bit全部由(伪)随机数信息确定。

因为时间戳和随机数的唯一性,版本1和版本4总是生成唯一的标识符。若希望对给定的一个字符串总是能生成相同的 UUID,使用版本3或版本5。

随机 UUID 的重复机率

Java中 UUID 使用版本4进行实现,所以由java.util.UUID类产生的 UUID,128个比特中,有122个比特是随机产生,4个比特标识版本被使用,还有2个标识变体被使用。利用生日悖论,可计算出两笔 UUID 拥有相同值的机率约为

其中x为 UUID 的取值范围,n为 UUID 的个数。

以下是以 x = 2^122 计算出n笔 UUID 后产生碰撞的机率:

换句话说,每秒产生10亿笔 UUID ,100年后只产生一次重复的机率是50%。如果地球上每个人都各有6亿笔 UUID,发生一次重复的机率是50%。与被陨石击中的机率比较的话,已知一个人每年被陨石击中的机率估计为170亿分之1,也就是说机率大约是0.00000000006 (6 x 10^-11),等同于在一年内生产2000亿个 UUID 并发生一次重复。

综上所述,产生重复 UUID 并造成错误的情况非常低,是故大可不必考虑此问题。

机率也与随机数产生器的质量有关。若要避免重复机率提高,必须要使用基于密码学上的强伪随机数产生器来生成值才行。

Java实现

Java中 UUID 对版本4进行了实现,原理是由强伪随机数生成器生成伪随机数。

    /**
     * 使用静态工厂来获取版本4(伪随机数生成器)的 UUID
     * Static factory to retrieve a type 4 (pseudo randomly generated) UUID.
     * 这个UUID生成使用了强加密的伪随机数生成器(PRNG)
     * The {@code UUID} is generated using a cryptographically strong pseudo
     * random number generator.
     *
     * @return  A randomly generated {@code UUID}
     */
    public static UUID randomUUID() {
        // 与Random(弱伪随机数生成器)不一样,SecureRandom是强伪随机数生成器,结果不可预测
        // 使用SecureRandom生成随机数,替换version和variant就是 UUID
        SecureRandom ng = Holder.numberGenerator;

        byte[] randomBytes = new byte[16];
        ng.nextBytes(randomBytes);
        randomBytes[6]  &= 0x0f;  /* clear version        */
        randomBytes[6]  |= 0x40;  /* set to version 4     */
        randomBytes[8]  &= 0x3f;  /* clear variant        */
        randomBytes[8]  |= 0x80;  /* set to IETF variant  */
        return new UUID(randomBytes);
    }

    /**
     * 对版本3的实现,对于给定的字符串(name)总能生成相同的UUID
     * Static factory to retrieve a type 3 (name based) {@code UUID} based on
     * the specified byte array.
     *
     * @param  name
     *         A byte array to be used to construct a {@code UUID}
     *
     * @return  A {@code UUID} generated from the specified array
     */
    public static UUID nameUUIDFromBytes(byte[] name) {
        MessageDigest md;
        try {
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        } catch (NoSuchAlgorithmException nsae) {
            throw new InternalError("MD5 not supported", nsae);
        }
        byte[] md5Bytes = md.digest(name);
        md5Bytes[6]  &= 0x0f;  /* clear version        */
        md5Bytes[6]  |= 0x30;  /* set to version 3     */
        md5Bytes[8]  &= 0x3f;  /* clear variant        */
        md5Bytes[8]  |= 0x80;  /* set to IETF variant  */
        return new UUID(md5Bytes);
    }


生成 UUID
// Java语言实现
import java.util.UUID;

public class UUIDProvider{
    public static String getUUID(){
        return UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 利用伪随机数生成版本为4,变体为9的UUID
        System.out.println(UUID.randomUUID());
        
        // 对于相同的命名空间总是生成相同的UUID,版本为3,变体为9
        // 命名空间为"mwq"时生成的UUID总是为06523e4a-9a66-3687-9334-e41dab27cef4
        System.out.println(UUID.nameUUIDFromBytes("mwq".getBytes()));
    }
} 

作者:憩在河岸上的鱼丶
链接:https://www.jianshu.com/p/da6dae36c290
来源:简书

本文转载自:https://www.jianshu.com/p/da6dae36c290

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