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Redis實現分散式自增ID方案對比

PHPz

發布： 2023-06-20 08:10:38

原創

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分散式應用程式開發中，自增ID的產生是一個常見的需求。在單機環境下，可以使用資料庫的自增主鍵來實現自增ID，但在分散式環境下，使用自增主鍵會出現重複的情況，因此需要使用其他的方案來保證自增ID的唯一性。

Redis是一款高效能的記憶體資料庫，可實現分散式自增ID方案。在本文中，我們將介紹三種常見的Redis實作分散式自增ID方案，並對它們進行比較，幫助開發者選擇適合自己專案的方案。

基於redis incr指令

Redis提供了一個incr指令，可以對指定的key進行自增操作，並傳回自增後的值。使用incr指令產生自增ID時，可以將key設定為某個固定字串，每次操作都對這個字串進行自增即可。

使用Redis產生分散式自增ID方案的主要程式碼如下：

from redis import StrictRedis

redis = StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)

def get_next_id():
    return redis.incr('id_generator')

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由於Redis的incr指令是原子操作，可以保證在多個客戶端同時存取時，產生的ID是唯一的。

基於redis incr指令的方案非常簡單，但有一個致命的缺點：ID會一直自增下去，當達到Redis的最大可用值時（預設為2^31-1），會回傳錯誤。這意味著，如果在系統上線後長時間不重新啟動服務，ID會不可用，這可能會導致資料遺失或資料不連續。

基於redis腳本 Lua腳本

為了避免Redis自增ID長時間不可用的問題，我們可以使用Lua腳本來控制自增ID的範圍。 Lua腳本可以在一個原子性操作中完成多個操作，這使得在產生自增ID時，可以根據業務需求來規定在哪個範圍內產生自增ID，而不是一直自增下去。

下面是基於Lua腳本實現的Redis分散式自增ID方案的程式碼：

from redis import StrictRedis

redis = StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)

SCRIPT = """
local name = KEYS[1]
local start = tonumber(ARGV[1])
local stop = tonumber(ARGV[2])
if redis.call('exists', name) == 0 then
    redis.call('set', name, start)
    return tonumber(start)
end
local id = redis.call('incr', name)
if id < stop then
    return tonumber(id)
else
    redis.call('set', name, start)
    return tonumber(start)
end
"""

def get_next_id(start, stop):
    result = redis.eval(script=SCRIPT, keys=['id_generator'], args=[start, stop])
    return result

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在這個Lua腳本中，我們定義了兩個參數start和stop，用於控制自增ID的生成範圍。如果Redis中不存在id_generator這個key，則將其初始化為start，返回start；否則透過Redis的incr指令對id_generator進行自增，並判斷自增後的值是否超過了stop的值。如果超過了，就將id_generator的值重設為start，傳回start；否則，傳回產生的新的ID。

這個基於Lua腳本的實作方案可以靈活控制自增ID的產生範圍，但實作起來比較複雜，需要使用Redis的eval指令來執行Lua腳本，並傳遞參數。

基於redis Redlock

Redlock是Redis提供的分散式鎖定方案，可以在分散式環境下保證同一個資源在同一時刻只能被一個客戶端存取。我們可以使用Redlock實作分散式自增ID方案，保證產生的自增ID是唯一的。

使用Redlock實作分散式自增ID方案的主要程式碼如下：

from redis import StrictRedis
from redlock import Redlock

redis = StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)
redlock = Redlock([{"host": "localhost", "port": 6379, "db": 0}], retry_times=3)

def get_next_id():
    with redlock.lock('id_lock', 1000):
        return redis.incr('id_generator')

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透過使用Redlock實作分散式自增ID方案，我們可以避免在多個客戶端同時存取時ID產生重複的問題，並且可以在產生自增ID時加鎖，防止線程安全性問題。

但是，由於加鎖操作需要消耗大量的時間和資源，因此在高並發場景下，Redlock的效能可能會有所下降。

對比分析

三種Redis實作分散式自增ID方案各有優缺點，我們來分析它們的對比：