通用唯一识别码（uuid）：吃透id随便搞

Index

v4
- 高64位 mostSigBits
- 低64位 leastSigBits
v3
- 高64位 mostSigBits
- 低64位 leastSigBits
v1
- 高64位 mostSigBits
- 低64位 leastSigBits
UUIDv1（Java）

通用唯一识别码（uuid）是一种用于在计算机系统中标识信息的标识符，具有全局唯一性。

v4

在单体服务中，如果想生成全局唯一id，用于标识不同用户的会话、标识不同客户端可以使用UUIDv4。

UUIDv4是一种完全随机的UUID，它的生成方式不依赖于时间戳和节点ID，而是使用随机数生成。

SecureRandom是Java提供的用于生成随机数的安全随机数生成器，可以生成高质量的随机数，用于密码学、安全通信等领域。UUIDv4中使用的随机数就是SecureRandom提供的（byte[0-15]）。

高64位 mostSigBits

UUIDv4的高64位（mostSigBits）是生成随机数的低位（byte[0-7]）。其中有效位第7到12位为4，表示UUIDv4的版本号为4。

低64位 leastSigBits

UUIDv4低64位（leastSigBits）是生成随机数的高位（byte[8-15]）。其中有效位第62到64位为1，表示UUID的IETF变体号。

v3

UUIDv3是一种基于命名空间和名称生成的UUID，它的生成方式需要提供一个命名空间和一个名称的组合。UUIDv3可以用于标识特定的对象或实体，例如URL、DNS、OID等

MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种哈希算法，用于将任意长度的消息转换为固定长度的消息摘要（digest），通常为128位。

MD5算法的核心思想是将输入的消息分成若干个512位的消息块，然后对每个消息块进行一系列的位运算和移位操作，最终得到一个128位的消息摘要。UUIDv3使用的正是MD5的信息摘要（byte[0-15]）。

高64位 mostSigBits

UUIDv3的高64位（mostSigBits）是消息摘要的低位（byte[0-7]）。其中有效位第7到12位为3，表示UUIDv4的版本号为3。

低64位 leastSigBits

UUIDv3低64位（leastSigBits）是生成随机数的高位（byte[8-15]）。其中有效位第62到64位为1，表示UUID的IETF变体号。

v1

UUIDv1的生成方式依赖于系统时钟和节点ID，用于分布式系统中的唯一性。UUIDv1是一种基于时间戳和节点ID生成的UUID，它的前8位包含时间戳信息，中间的4位包含版本号信息，后面的6位包含节点ID信息。

按照java.util.UUID的注释，画了下UUID的格式图。

/**
* The most significant long consists of the following unsigned fields:
* <pre>
* 0xFFFFFFFF00000000 time_low
* 0x00000000FFFF0000 time_mid
* 0x000000000000F000 version
* 0x0000000000000FFF time_hi
* </pre>
* The least significant long consists of the following unsigned fields:
* <pre>
* 0xC000000000000000 variant
* 0x3FFF000000000000 clock_seq
* 0x0000FFFFFFFFFFFF node
* </pre>
*/

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时间戳低位

时间戳中位

uuid版本号

时间戳高位

保留位

时钟序列

全局MAC地址_用户定义

高64位 mostSigBits

时间戳表示自UTC时间（协调世界时）的格林威治时间1970年1月1日00:00:00以来的秒数。
System.currentTimeMillis()方法获取当前时间的时间戳，除了System.currentTimeMillis()方法外，Instant.now().toEpochMilli()也可以获取时间毫秒戳。UUID的前32位包含了时间戳的低32位。UUID的32-48位包含了时间戳的中间16位。UUID的52-64位包含了时间戳的高12位。版本号位于时间戳中间的48-52位。

UUID中时间戳分散存储于各个位之中，这样做出来的哈希值更加离散。但是在底层有序的数据结构的数据库中，过于离散会导致索引树的频繁重建，MySQL中UUID生成函数提供swap_flag，如果swap_flag为1，时间低和时间高的部分（分别是第一组和第三组十六进制数字）被交换。如果结果存储在有索引的列中，这样可以将变化较快的部分移到右边，可以提高索引的效率。

低64位 leastSigBits

和v3和v4一样，变体有效位在第62到64位中，此时按照不同变体填入即可。

时钟回退问题是指系统时钟在某些情况下可能会向后调整，导致生成的UUID时间戳出现重复或者不连续的情况。UUIDv1中引入了时钟序列号，用于在时钟回退时产生不同的UUID。UUIDv1中的时钟序列号被存储在UUID的中间14位，可以保证在时钟回退时能够正确地生成不同的UUID，并且不会影响UUID的唯一性和随机性。

UUIDv1中的节点ID是一个48位的数字，用于标识生成UUID的节点。在UUIDv1中，节点ID的生成方法可以是MAC地址或者其他的硬件标识符，也可以是随机生成的数字。

UUIDv1（Java）

UUIDv1中包含了节点ID等信息，如果节点ID使用MAC地址，可能会泄露MAC地址，从而导致安全问题导致Java标准库没有提供UUIDv1的实现。

如果有特殊的需求，也可以自己实现UUIDv1生成算法。但是需要注意，在使用UUIDv1时，需要考虑到节点ID的唯一性和隐私问题，以及时钟序回拨的安全问题。

接下来，实现一个UUID生成算法类UUIDv1，其中包含了四个静态变量。lastTimestamp，记录上一个UUIDv1生成的时间戳，初始值为-1L，表示还没有生成过UUIDv1。nodeSequence，序列号，初始值为0L，每次生成UUIDv1时会自增1，用于并发不安全的可能产生的情况。clockSequence，时钟序列号，初始值为1L，用于在时钟回退时产生不同的UUIDv1，14位循环使用，回退时间间隔内最大支持14次的回退。sequenceMask，序列号掩码，用于限制序列号的范围在32位以内。

class UUIDv1 {private static long lastTimestamp = -1L;private static long clockSequence = 1L;private static long nodeSequence = 0L;private static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << 32); // 32
}

leastSigBits是一个64位的数值，用于存储UUIDv1的低64位，其中包含了时间戳、时钟序列号和节点ID等信息。第1-2位变体保留位，不涉及为0跳过，第3位到第16位是时钟序列号，占用14位，如果当前时间戳小于上一个UUIDv1生成的时间戳（即时钟回退），则需要循环左移更新时钟序列号，防止生成重复的UUIDv1。最后生成节点ID和序列号，占用48位，其中高16位是节点ID，低32位是序列号，用于标识生成UUIDv1的节点和序列号。

节点ID和序列号的算法，首先定义一个node变量，用于存储节点ID的值，可以根据实际情况进行选择分布式的框架获取如zk。如果当前时间戳等于上一个UUIDv1生成的时间戳，说明需要生成不同的UUIDv1序列号，因此将nodeSequence自增1，并使用sequenceMask进行限制，保证序列号的范围在32位以内。如果nodeSequence的值为0，说明序列号已经达到最大值，需要等待下一个时间戳的到来，调用tilNextMillis()函数等待。如果当前时间戳不等于上一个UUIDv1生成的时间戳，说明进入到下一秒或者已经发生时钟回退需要重新生成序列号，将nodeSequence重置为0。最后更新lastTimestamp的值为当前时间戳，返回node和nodeSequence的值。

class UUIDv1 {private static long lastTimestamp = -1L;private static long clockSequence = 1L;private static long nodeSequence = 0L;private static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << 32);public static UUID timeUUIDFromNode(long node) {long timestamp = Instant.now().toEpochMilli();long leastSigBits = 0L | 0L| (timestamp < lastTimestamp // clock backwards? (clockSequence = ((clockSequence << 1) & 0x3FFFL) | ((clockSequence >>> (14 - 1)) & 0x3FFFL)): clockSequence) << 48| nodeseq(node, timestamp);return null;}private static synchronized long nodeseq(long node, long timestamp) {if (lastTimestamp == timestamp) {nodeSequence = (nodeSequence + 1) & sequenceMask;if (nodeSequence == 0) {timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);}} else {nodeSequence = 0;}lastTimestamp = timestamp;return node << 32 | nodeSequence;}private static long tilNextMillis(long lastTimestamp) {var timestamp = Instant.now().toEpochMilli();while (timestamp <= lastTimestamp) {timestamp = Instant.now().toEpochMilli();}return timestamp;}
}

mostSigBits是一个64位的数值，用于存储UUIDv1的高64位，其中包含了时间戳和版本号等信息。前32位是时间戳的低32位。接下来16位是时间戳的中间16位。接下来4位是版本号，固定为0001，表示UUIDv1版本。最后12位是时间戳的高12位，用于标识UUIDv1生成的时间戳。

public static UUID timeUUIDFromNode(long node) {long timestamp = Instant.now().toEpochMilli();long leastSigBits = 0L | 0L| (timestamp < lastTimestamp // clock backwards? (clockSequence = ((clockSequence << 1) & 0x3FFFL) | ((clockSequence >>> (14 - 1)) & 0x3FFFL)): clockSequence) << 48| nodeseq(node, timestamp);long mostSigBits = 0L | (lastTimestamp << 32) | ((lastTimestamp & 0xFFFF00000000L) >> 16)| 0x1000L | ((lastTimestamp >> 48) & 0x0FFF);return new UUID(mostSigBits, leastSigBits);
}

最后需要将mostSigBits和leastSigBits部分合并，生成完整的UUIDv1，完整算法。

class UUIDv1 {private static long lastTimestamp = -1L;private static long clockSequence = 1L;private static long nodeSequence = 0L;private static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << 32);public static UUID timeUUIDFromNode(long node) {long timestamp = Instant.now().toEpochMilli();long leastSigBits = 0L | 0L| (timestamp < lastTimestamp // clock backwards? (clockSequence = ((clockSequence << 1) & 0x3FFFL) | ((clockSequence >>> (14 - 1)) & 0x3FFFL)): clockSequence) << 48| nodeseq(node, timestamp);long mostSigBits = 0L | (lastTimestamp << 32) | ((lastTimestamp & 0xFFFF00000000L) >> 16)| 0x1000L | ((lastTimestamp >> 48) & 0x0FFF);return new UUID(mostSigBits, leastSigBits);}private static synchronized long nodeseq(long node, long timestamp) {if (lastTimestamp == timestamp) {nodeSequence = (nodeSequence + 1) & sequenceMask;if (nodeSequence == 0) {timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);}} else {nodeSequence = 0;}lastTimestamp = timestamp;return node << 32 | nodeSequence;}private static long tilNextMillis(long lastTimestamp) {var timestamp = Instant.now().toEpochMilli();while (timestamp <= lastTimestamp) {timestamp = Instant.now().toEpochMilli();}return timestamp;}
}