1. 概述
UUID （通用唯一标识符），也称为 GUID（全局唯一标识符），是一个 128 位值，对于所有实际用途来说都是唯一的。与大多数其他编号方案不同 ，它们的独特性并不依赖于中央注册机构或生成它们的各方之间的协调 。
在本教程中，我们将看到两种在 Java 中生成 UUID 标识符的不同实现方法。
2. 结构
让我们看一下 UUID 示例，然后是 UUID 的规范表示：
123e4567-e89b-42d3-a456-556642440000
xxxxxxxx-xxxx-Bxxx-Axxx-xxxxxxxxxxxx
标准表示形式由 32 个十六进制（以 16 为基数）数字组成，以连字符分隔的五组显示，格式为 8-4-4-4-12，总共 36 个字符（32 个十六进制字符和 4 个连字符） 。
Nil UUID 是 UUID 的一种特殊形式，其中所有位均为零。
2.1.变体
在上面的标准表示中， A 表示UUID变体 ，它决定了UUID的布局。 UUID 中的所有其他位取决于变体字段中的位设置。
该变体由 A 的三个最高有效位确定：
MSB1 MSB2 MSB3
0 X X reserved (0)
1 0 X current variant (2)
1 1 0 reserved for Microsoft (6)
1 1 1 reserved for future (7)
上述UUID中 A 的值为“a”。 “a”(=10xx) 的二进制等价物显示变体为 2。
2.1.版本
再看一下标准表示， B 代表版本 。版本字段 保存一个描述给定 UUID 类型的值 。上面示例 UUID 中的版本（ B 的值）是 4。
UUID 有五种不同的基本类型 ：
- 版本 1（基于时间）：基于当前时间戳，从 1582 年 10 月 15 日开始以 100 纳秒为单位测量，并与创建 UUID 的设备的 MAC 地址连接起来。
- 版本 2（DCE – 分布式计算环境）：使用当前时间以及本地计算机上网络接口的 MAC 地址（或节点）。此外，版本 2 UUID 将时间字段的低部分替换为本地标识符，例如创建 UUID 的本地帐户的用户 ID 或组 ID。
- 版本 3（基于名称）：UUID 使用命名空间和名称的哈希值生成。命名空间标识符是 UUID，例如域名系统 (DNS)、对象标识符 (OID) 和 URL。
- 版本 4（随机生成）：在此版本中，UUID 标识符是随机生成的，并且不包含有关它们创建时间或生成它们的计算机的任何信息。
- 版本 5（使用 SHA-1 基于名称）：使用与版本 3 相同的方法生成，但哈希算法有所不同。此版本使用命名空间标识符和名称的 SHA-1（160 位）散列。
3.UUID 类
Java 有一个内置的实现来管理 UUID 标识符，无论我们是想随机生成 UUID 还是使用构造函数创建它们。
UUID 类 有一个构造函数 ：
UUID uuid = new UUID(long mostSignificant64Bits, long leastSignificant64Bits);
如果我们想使用这个构造函数，我们需要提供两个 long 值。然而，它需要我们自己构建 UUID 的位模式。
为了方便起见，可以使用 三种静态方法来创建 UUID 。
第一个方法从给定的字节数组创建版本 3 UUID：
UUID uuid = UUID.nameUUIDFromBytes(byte[] bytes);
其次， randomUUID() 方法创建版本 4 UUID。这是创建 UUID 实例的最方便的方法：
UUID uuid = UUID.randomUUID();
第三个静态方法返回一个给定 UUID 的字符串表示形式的 UUID 对象：
UUID uuid = UUID.fromString(String uuidHexDigitString);
现在让我们看一下在不使用内置 UUID 类的情况下生成 UUID 的一些实现。
4. 实施
我们将根据要求将实现分为两类。第一类用于仅需要唯一的标识符，为此目的， UUIDv1 和 UUIDv4 是最佳选择。在第二类中，如果我们需要始终从给定名称生成相同的 UUID，则需要 UUIDv3 或 UUIDv5 。
由于 RFC 4122 没有指定确切的生成细节，因此我们不会在本文中讨论 UUIDv2 的实现。
现在让我们看看我们提到的类别的实现。
4.1.版本 1 和 4
首先，如果担心隐私，可以使用随机 48 位数字而不是 MAC 地址来生成 UUIDv1 。在本文中，我们将研究这种替代方案。
首先，我们将生成 64 个最低和最高有效位作为 长 值：
private static long get64LeastSignificantBitsForVersion1() {
long random63BitLong = new Random().nextLong() & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFL;
long variant3BitFlag = 0x8000000000000000L;
return random63BitLong + variant3BitFlag;
}
private static long get64MostSignificantBitsForVersion1() {
final long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
final long time_low = (currentTimeMillis & 0x0000_0000_FFFF_FFFFL) << 32;
final long time_mid = ((currentTimeMillis >> 32) & 0xFFFF) << 16;
final long version = 1 << 12;
final long time_hi = ((currentTimeMillis >> 48) & 0x0FFF);
return time_low | time_mid | version | time_hi;
}
然后我们可以将这两个值传递给 UUID 的构造函数：
public static UUID generateType1UUID() {
long most64SigBits = get64MostSignificantBitsForVersion1();
long least64SigBits = get64LeastSignificantBitsForVersion1();
return new UUID(most64SigBits, least64SigBits);
}
现在我们将了解如何生成 UUIDv4。该实现使用随机数作为源。 Java 实现是 SecureRandom ，它使用不可预测的值作为种子来生成随机数，以减少冲突的机会。
让我们生成一个版本 4 UUID ：
UUID uuid = UUID.randomUUID();
然后，让我们使用“SHA-256”和随机 UUID 生成一个唯一密钥：
MessageDigest salt = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
salt.update(UUID.randomUUID().toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
String digest = bytesToHex(salt.digest());
4.2.版本 3 和 5
UUID 是使用命名空间和名称的哈希值生成的。命名空间标识符是 UUID，例如域名系统 (DNS)、对象标识符 (OID) 和 URL。我们看一下算法的伪代码：
UUID = hash(NAMESPACE_IDENTIFIER + NAME)
UUIDv3 和 UUIDv5 之间的唯一区别是哈希算法 — v3 使用 MD5（128 位），而 v5 使用 SHA-1（160 位）。
对于 UUIDv3， 我们将使用 UUID 类中的方法 nameUUIDFromBytes(String namespace, String name) ，该方法采用字节数组并应用 MD5 哈希。
因此，我们首先从命名空间和特定名称中提取字节表示，并将它们连接到单个数组中以将其发送到 UUID api：
byte[] nameSpaceBytes = bytesFromUUID(namespace);
byte[] nameBytes = name.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
byte[] result = joinBytes(nameSpaceBytes, nameBytes);
最后一步是将我们从上一个过程获得的结果传递给 nameUUIDFromBytes() 方法。此方法还将设置变体和版本字段：
UUID uuid = UUID.nameUUIDFromBytes(result);
现在让我们看看 UUIDv5 的实现。值得注意的是，Java 没有提供生成版本 5 的内置实现。
让我们检查一下代码以生成最低和最高有效位，同样是 长 值：
private static long getLeastAndMostSignificantBitsVersion5(final byte[] src, final int offset) {
long ans = 0;
for (int i = offset + 7; i >= offset; i -= 1) {
ans <<= 8;
ans |= src[i] & 0xffL;
}
return ans;
}
现在，我们需要定义使用名称来生成 UUID 的方法。此方法将使用 UUID 类中定义的默认构造函数：
public static UUID generateType5UUID(String name) {
try {
byte[] bytes = name.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
byte[] hash = md.digest(bytes);
long msb = getLeastAndMostSignificantBitsVersion5(hash, 0);
long lsb = getLeastAndMostSignificantBitsVersion5(hash, 8);
// Set the version field
msb &= ~(0xfL << 12);
msb |= 5L << 12;
// Set the variant field to 2
lsb &= ~(0x3L << 62);
lsb |= 2L << 62;
return new UUID(msb, lsb);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new AssertionError(e);
}
}
5. 结论
在本文中，我们了解了有关 UUID 标识符的主要概念以及如何使用内置类生成它们。然后我们看到了不同版本的 UUID 及其应用范围的一些有效实现。
与往常一样，本文的完整代码可以在 GitHub 上找到。