flake

flake是一个分布式ID生成算法的golang实现。他基于snowflake算法修改，使得在k8s环境下能更好的工作。他的主要特点：

flake基于k8s微服务架构的微服务设计，可以部署多个服务端，避免服务端的单点故障。数据存储使用k8s的etcd进行保存。
同一个业务启动多个微服务端，可以同时请求，保证每个端都能生成唯一ID。
算法中不使用时间，避免时间回拨的问题。

flake使用golang编写。由分配UUID段的服务端和客户端库组成。服务端使用docker容器部署运行。

Getting started

下面开始构建一个测试运行环境。在正式开始之前需要：

安装go开发环境（golang）
k8s的运行环境（docker-desktop ，开启k8s的方法）

完成以上工作后，使用以下命令进行验证，如果能看到对应的结果则说明准备环境已经搭建完成。

> go version
go version go1.13.8 windows/amd64

> kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"15", GitVersion:"v1.15.5", GitCommit:"20c265fef0741dd71a66480e35bd69f18351daea", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2019-10-15T19:16:51Z", GoVersion:"go1.12.10", Compiler:"gc", Platform:"windows/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"15", GitVersion:"v1.15.5", GitCommit:"20c265fef0741dd71a66480e35bd69f18351daea", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2019-10-15T19:07:57Z", GoVersion:"go1.12.10", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}

构建镜像

git clone https://github.com/cnwinds/flake.git
cd flake

获取go的依赖库。

go mod tidy
go mod vendor

构建服务端镜像。

docker build -t flake:v1 .

运行服务端

这里有两种方式启动服务端:

1. docker方式

docker-compose -f .\test_compose.yml up -d

2. kubernetes方式

kubectl create -f .\test_k8s.yaml

在测试环境里这两种方式结果是一样的，任选一种启动服务端。

部署成功后，etcd的服务端口映射到32379，32380。 flake的服务端口映射到本机的31000。

注意：测试环境的etcd没有挂载存储，所以每次重启后里面的数据都会丢失！

运行测试

go test -v

不出意外的话，应该可以看到测试结果了。

关闭服务端

如果不需要测试环境的容器则可以运行以下命令进行清理。

1. docker方式

docker-compose -f .\test_compose.yml down

2. kubernetes方式

kubectl delete -f .\test_k8s.yaml

术语

UUID段

在flake中生成一个UUID的时候不是每次都要向flake服务端请求，这样效率太低。每次请求flake服务端的时候都会获取一定数量的UUID，然后客户端可以自己分配，直到全部用完。每次获取一定数量的UUID称之为UUID段。

预获取

客户端每次通过网络获取时需要一定的时间，预获取就是提前通过服务端获取一个UUID段，减少网络调用带来的延迟。

服务名

在获取UUID的时候需要提供一个服务名区别不同的业务。反映在UUID中将得到不同数值范围。

容器名

运行业务服务时一个容器运行环境的唯一名称。这里对应docker运行镜像时的CONTAINER ID。每次启动一个容器都会得到一个新的容器名。

GO客户端集成

下面展示了go客户端里怎样集成flake库获取UUID

package main

import (
	"log"
	"os"
	"sync"

	"github.com/cnwinds/flake/client"
)

var uuid client.Client

func main() {
	cfg := &client.Config{
		Endpoint:   "127.0.0.1:31000", // flake server listen address
		IsPrefetch: true}              // prefetch
	c, err := client.NewClient(cfg)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
		os.Exit(1)
	}
	defer c.Close()

	c.SetNeedCount("User", 1000) // sets the number of uuids to be fetched from the server each time.

	v, err := c.GenUUID("User")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
		os.Exit(1)
	}
	log.Printf("UUID value: %v", v)

	c.SetNeedCount("Order", 10000)

	v, err = c.GenUUID("Order")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
		os.Exit(1)
	}
	log.Printf("UUID value: %v", v)

	// 支持并行调用
	var w sync.WaitGroup
	t1 := func(serviceName string) {
		for i := 0; i < 1000000; i++ {
			v, err = c.GenUUID(serviceName)
		}
		w.Done()
	}

	c.SetNeedCount("User", 5000)
	c.SetNeedCount("Order", 5000)

	w.Add(2)
	go t1("User")
	go t1("Order")
	w.Wait()
}

flake算法

flake返回的UUID是一个64bit的整数。由符号位，服务名ID，容器名ID，顺序号，一共4个部分组成。

bit63	bit62...bit53	bit52...bit31	bit30...bit0
1-bit	(10bit)存放服务名ID	(22bit)存放容器名ID	(31bit)存放顺序号

最高的一个bit位控制符号，UUID都为正数，这里为0
存放服务名ID共10bit，可以有1024个数。客户端请求的时候服务名给的是字符串，flake服务端发现是没有注册过的名字则用服务名的自增唯一ID分配一个最大的ID并注册。下次请求时则能查到对应关系，使用已经注册的ID返回。
存放容器名ID共22bit，可以有4194304个数。每个启动的容器都会有一个唯一的容器名称。名字和ID的注册关系同服务名。即使相同的服务名，在不同的容器里运行也会使用不同的容器ID，这样可以尽可能避免对etcd中键值修改的冲突。
顺序号共31bit，最大值是21亿。如果出现超过上限的情况，则强行将容器ID重新分配一个新ID，这样就又可以有21亿个UUID了。

该算法中依赖的etcd存储并不支持事务操作，所以需要小心处理键值修改的冲突情况。

tsdrm/flake