ULID和UUID|ULID的学习及使用
目录
1 什么是UUID
1.1 UUID的定义
1.2 UUID的组成
1.3 UUID的版本
1.4 UUID存在的问题
2 什么是ULID
2.1 ULID的组成
2.2 ULID的特点
2.3 ULID的应用场景
2.4 ULID的溢出错误处理
2.5 ULID的二进制布局
3 Java使用ULID
3.1 pom文件引入依赖：
3.2 使用Demo
3.2.1 常规生成ULID
3.2.2 生成单调排序ULID
3.2.3 测试单调性ULID大小比较
3.2.4 获取ULID的时间部分，随机数部分，创建时刻
1 什么是UUID
1.1 UUID的定义
UUID（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。每个人都可以创建不与其他人冲突的UUID，就不需要考虑数据库创建的时候名称重复的问题；
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。即若每秒产生一百万个UUID，要花100亿年才会将所有的UUID用完。
UUID生成ID的时候，只考虑随机性或者是时间戳，生成一个36个字符的长字符串
1.2 UUID的组成
UUID的十六个八位字节被表示为32个十六进制的数字，以连字号分页的五组来显示，形式为8-4-4-4-12，总共有36个字符【32个英文、数字字母和四个连字号】
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；
1.3 UUID的版本
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【日期时间和mac地址】
version 2, date-time & group/user id【日期时间和小组/用户id】
version 3, MD5 hash & namespace【MD5哈希值和命名空间】
version 4, pseudo-random number【伪随机数】
version 5, SHA-1 hash & namespace【安全散列算法1和命名空间】
SHA-1（英语：Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列算法1）是一种密码散列函数。SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160位（20字节）散列值，散列值通常的呈现形式为40个十六进制数。
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(变体)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。
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。
1.4 UUID存在的问题
UUID不是128 bit随机编码（由128 bit随机数通过编码生成字符串）的最高效实现方式
UUID的v1/v2实现依赖唯一稳定MAC地址不现实，v3/v4/v5实现因为随机性产生的ID会"碎片化"。
2 什么是ULID
ULID（Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier）通用唯一词典分类标识符；ULID生成ID的时候，会同时考虑随机性和时间戳来生成id，并将他们编码为26个字符串（128位）
2.1 ULID的组成
ULID 的前10个字符表示时间戳，后16个字符表示随机性。这两个部分都是base 32编码字符串，分别使用48位和80位表示。
ULID规范的字符串表示形式的长度是确定的，共占据26个字符。
ULID规范的字符串表示形式如下：
ttttttttttrrrrrrrrrrrrrrrrwhere
t is Timestamp (10 characters)【
时间戳】
r is Randomness (16 characters)【随机数】例如：
ULID
01FHZXHK8PTP9FVK99Z66GXQTX
ULID分解如下
时间戳 (48 bits) - 01FHZXHK8P
随机数 (80 bits) - TP9FVK99Z66GXQTX注意：
ULID的时间戳部分是以UNIX时间（以毫秒为单位）表示，知道公元10889年才会耗尽空间。
ULID 使用 Crockford 的 Base32 字母表 (0123456789ABCDEFGHJKMNPQRSTVWXYZ) 进行编码。它不包括 I、L、O 和 U 字母以避免任何意外的混淆。
2.2 ULID的特点
设计为128 bit大小，与UUID兼容
ULID是既基于时间戳又基于随机数，时间戳精确到毫秒，不存在冲突的风险，每毫秒生成1.21e+24个唯一的ULID（高性能）
按字典顺序（字母顺序）排序
标准编码为26个字符的字符串，而不是像UUID那样需要36个字符
使用Crockford base32算法来提高效率和可读性（每个字符5 bit）
不区分大小写
没有特殊字符串（URL安全，不需要进行二次URL编码）
单调排序（正确地检测并处理相同的毫秒，所谓单调性，就是毫秒数相同的情况下，能够确保新的ULID随机部分的在最低有效位上加1位）
词典可排序熊是ULID最突出的特点之一。最左边的字符必须排在最前面，最右边的字符必须排在最后（词汇顺序）。必须使用默认的ASCII字符集，在统一毫秒之内，不能保证排序顺序；
//单调排序举例：
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7SZ
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7T0
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7T1
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7T2
...
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7TZ
monotonicUlid() // 01GGS5FGGZA4DPDE82PHAEB7T0可以看到上边的时间戳部分都为：01GGS5FGGZ，随机数部分只有最后以为一次增大，这就是
ULId的单调性2.3 ULID的应用场景
替换数据库自增id，无需DB参与主键生成；
分布式环境下，替换UUID，全局唯一且毫秒精度有序；
如果要按照日期对数据库进行分区分表，可以使用ULID中嵌入的时间戳来选择正确的分区分表
如果毫秒精度内是可以接受的（毫秒内无序），可以按照ULID进行排序，二不是单独的created_at字段；
2.4 ULID的溢出错误处理
从技术实现上来看，26个字符的Base32编码字符串可以包含130 bit信息，而ULID只包含128bit的信息，所以可以使用Base32算法对ULID进行编码。
基于Base32编码算法能有生成的最大的合法的ULID数是：7ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ，并且使用的时间戳最大为纪元时间：281474976710655，即2^48-1。对于任何大于这个值的ULID进行解码或者编码的尝试都应该改被所有实现拒绝，以防止溢出错误。
ULID溢出错误测试：
如果时间戳时间大于最大值，则会出现java.lang.IllegalArgumentException: Invalid time value的错误；
2.5 ULID的二进制布局
0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 32_bit_uint_time_high |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 16_bit_uint_time_low | 16_bit_uint_random |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 32_bit_uint_random |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 32_bit_uint_random |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+二进制布局的多个部分被编码为16 byte，每个部分都以最高字节优先（网络字节序，也就是big-endian）进行编码；
3 Java使用ULID
3.1 pom文件引入依赖：
<!-- https://search.maven.org/artifact/com.github.f4b6a3/ulid-creator -->
<dependency><groupId>com.github.f4b6a3</groupId><artifactId>ulid-creator</artifactId><version>5.1.0</version>
</dependency>3.2 使用Demo
3.2.1 常规生成ULID
生成普通的ULID的方法：
UlidCreator.getUlid()
UlidCreator.getUlid(final Long time)【参数time – 自 1970-01-01（Unix 纪元）以来的毫秒数】
@Testvoid ulidTest(){Ulid ulid = UlidCreator.getUlid(1670837655000l);Ulid ulid1 = UlidCreator.getUlid(1670837655000l);Ulid ulid2 = UlidCreator.getUlid(1670837655000l);log.info("返回结果：" + ulid + "***********"+ ulid1 + "*********" + ulid2);log.info("ULID时间："+ String.valueOf(Ulid.getTime(ulid.toString())) +"***********"+ String.valueOf(Ulid.getTime(ulid1.toString())) +"***********"+ String.valueOf(Ulid.getTime(ulid2.toString())));}返回结果：01GM2TYNER7TMDSJCJRARCHP6A***********01GM2TYNER1CKWEFH0HDSR0YQB*********01GM2TYNERC7BH0VZ8G3NPJNCZULID时间：1670837655000***********1670837655000***********1670837655000结论：
根据返回结果可以得到结果的时间戳部分是相同的，但是他的随机数部分是随机的没有排序顺序没有单调性；
根据已ULID时间可以得到这些ULID的时间是相同的；
3.2.2 生成单调排序ULID
生成单调排序的ULID的方法：
UlidCreator.getMonotonicUlid()
UlidCreator.getMonotonicUlid(final Long time)【参数time – 自 1970-01-01（Unix 纪元）以来的毫秒数】
@Test
void ulidMonotonicTest(){Ulid monotonicUlid = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);Ulid monotonicUlid1 = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);Ulid monotonicUlid2 = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);log.info("结果是：" + monotonicUlid + "***********"+ monotonicUlid1 + "*********" + monotonicUlid2); log.info("ULID时间："+ String.valueOf(Ulid.getTime(monotonicUlid .toString())) +"***********"+ String.valueOf(Ulid.getTime(monotonicUlid1.toString())) +"***********"+ String.valueOf(Ulid.getTime(monotonicUlid2.toString())));
}返回结果：01GM2TYNERZ5GQDAG9Q7Y56YC3***********01GM2TYNERZ5GQDAG9Q7Y56YC4*********01GM2TYNERZ5GQDAG9Q7Y56YC5ULID时间：1670837655000***********1670837655000***********1670837655000结论：
根据返回结果可以得到结果的时间戳部分是相同的，它的随机数部分也是相同的，但是随机数部分的最后一位逐次+1，提现了ULID的单调性；
根据已ULID时间可以得到这些ULID的时间是相同的；
3.2.3 测试单调性ULID大小比较
方法：
compareTo();
@Testvoid ulidSortTest(){Ulid monotonicUlid = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);Ulid monotonicUlid1 = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);Ulid monotonicUlid2 = UlidCreator.getMonotonicUlid(1670837655000l);log.info("结果是：" + monotonicUlid + "***********"+ monotonicUlid1 + "*********" + monotonicUlid2);log.info(String.valueOf(monotonicUlid.compareTo(monotonicUlid1)));log.info(String.valueOf(monotonicUlid.compareTo(monotonicUlid)));log.info(String.valueOf(monotonicUlid2.compareTo(monotonicUlid)));}结果是：01GM2TYNERJGWQQ9SA4BYQ4Y7C***********01GM2TYNERJGWQQ9SA4BYQ4Y7D*********01GM2TYNERJGWQQ9SA4BYQ4Y7E-1 （小于）0 （等于）1 （大于）结论：
根据获取到的结果，可以可出他的单调ULID，也可以看出他的随机数部分是在最低位依次增大，之后使用compareTo方法也可以对其进行大小比较；
3.2.4 获取ULID的时间部分，随机数部分，创建时刻
方法：
获取时间：Ulid.getTime(String);
获取随机数：Ulid.getRandom(String)；
获取创建时刻：Ulid.getInstant(String)；
@Testvoid getTime(){Ulid monotonicUlid = UlidCreator.getMonotonicUlid();log.info(monotonicUlid.toString());String s = monotonicUlid.toString();log.info("时间是："+String.valueOf(Ulid.getTime(s)));log.info("随机数部分是："+String.valueOf(Ulid.getRandom(s)));log.info("创建时刻是："+String.valueOf(Ulid.getInstant(s)));Date date = new Date(Ulid.getInstant(s).toEpochMilli());long time = date.getTime();log.info("日期时间是："+date.toString());log.info("时间戳是："+String.valueOf(time));}时间是：1670837655000随机数部分是：[B@7ecec90d创建时刻是：2022-12-12T09:34:15Z日期时间是：Mon Dec 12 17:34:15 CST 2022结论：
根据代码运行结果可以得出，ULID可以通过方法获取到他的时间戳部分、随机数部分、以及创建ULID的时刻；
如果毫秒精度内是可以接受的（毫秒内无序），可以通过获取ULID的时间戳部分进行排序；
ULID Creator
https://github.com/f4b6a3/ulid-creator
关于Base32加密算法https://www.jianshu.com/p/1fce3f5d9201
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