Java 生成基于时间的UUID

1. 概述

UUID 有不同的版本实现，通常我们说的 UUID 一般指的是UUID V4。本文主要讨论基于时间的UUID V1，以及最新的UUID v6 和v7版本。

我们将讨论基于时间的 UUID 的优点和缺点，以及何时应该选择它们。

最后我们学习如何在 Java 中使用第三方依赖库生成这些 UUID。

2. UUID 和基于时间的 UUID

UUID 是Universally Unique Identifier（通用唯一识别码）的缩写。它是一个 128 位标识符，每次生成时都应是唯一的。

UUID 不依赖中央机构的注册和分配，不分语言和平台，重复的概率接近零，可以忽略不计。

UUID 有不同的实现版本，其中UUID v1是基于时间 + 机器码（通常为MAC地址）生成的。最新的UUID V6、UUID v7 也是基于时间生成的，后面我们会讨论。

v1 版本具有几个优点

按时间排序的 ID 更适合作为数据库的主键
包含创建时间戳有助于分析和调试。

v1 版本缺点

从同一主机生成多个 ID 时发生冲突的可能性略高。我们稍后会看到这是否是一个问题。
MAC 地址的暴露会造成了隐私与安全问题，这就是UUID v6试图提高安全性的原因。

3. 基准测试

为了更直观的对比说明，下面我们编写一个测试程序来比较 UUID 发生重复概率及 UUID 的生成耗时。

初始化变量：

int threadCount = 128;
int iterationCount = 100_000; 
Map<UUID, Long> uuidMap = new ConcurrentHashMap<>();
AtomicLong collisionCount = new AtomicLong();
long startNanos = System.nanoTime();
CountDownLatch endLatch = new CountDownLatch(threadCount);

我们启动 128 个线程，每个线程进行 100000 次迭代，使用 ConcurentHashMap 保存生成的 UUID。collisionCount 记录UUID冲突的次数。

for (long i = 0; i < threadCount; i++) {
    long threadId = i;
    new Thread(() -> {
        for (long j = 0; j < iterationCount; j++) {
            UUID uuid = UUID.randomUUID();
            Long existingUUID = uuidMap.put(uuid, (threadId * iterationCount) + j);
            if (existingUUID != null) {
                collisionCount.incrementAndGet();
            }
        }
        endLatch.countDown();
    }).start();
}

使用 CountDownLatch await() 方法等待所有线程执行完毕。

endLatch.await();
System.out.println(threadCount * iterationCount + " UUIDs generated, " + collisionCount + " collisions in "
        + TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startNanos) + "ms");

下面是使用 JDK 内置的 UUID 生成器测试结果：

12800000 UUIDs generated, 0 collisions in 4622ms

4622毫秒，生成1280万 UUID，0冲突。下面我们将与第三方库进行比较

4. 使用 UUID Creator

4.1. Maven 依赖

下面我们使用 UUID Creator 库生成UUID，导入maven 依赖：

<dependency>
    <groupId>com.github.f4b6a3</groupId>
    <artifactId>uuid-creator</artifactId>
    <version>5.2.0</version>
</dependency>

4.2. 使用方法

提供三种方式生成基于时间的 UUID，分别对应 UUID v1, v6 和v7:

UuidCreator.getTimeBased() – v1 版本
UuidCreator.getTimeOrdered() – v6 版本
UuidCreator.getTimeOrderedEpoch() – v7 版本

使用方法:

System.out.println("UUID Version 1: " + UuidCreator.getTimeBased());
System.out.println("UUID Version 6: " + UuidCreator.getTimeOrdered());
System.out.println("UUID Version 7: " + UuidCreator.getTimeOrderedEpoch());

打印结果:

UUID Version 1: 0da151ed-c82d-11ed-a2f6-6748247d7506
UUID Version 6: 1edc82d0-da0e-654b-9a98-79d770c05a84
UUID Version 7: 01870603-f211-7b9a-a7ea-4a98f5320ff8

对于 getTimeBased()，即UUID v1 它由3部分组成：时间戳，时钟序列，节点标识

Time-based UUID structure

 00000000-0000-v000-m000-000000000000
|1-----------------|2---|3-----------|

1: timestamp
2: clock-sequence
3: node identifier

4.3. 基准测试

使用 UuidCreator.getTimeBased() 做基准测试：

12800000 UUIDs generated, 0 collisions in 2595ms

可以看出效率要比 JDK 的高，详细benchmarks请参考官网。

5. 使用 JUG 库

5.1. Maven 依赖

下面我们使用另一个库: Java UUID Generator (JUG)

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.uuid</groupId>
    <artifactId>java-uuid-generator</artifactId>
    <version>4.1.0</version>
</dependency>

5.2. 使用方法

该库同样它支持v1-v7版本:

System.out.println("UUID Version 1: " + Generators.timeBasedGenerator().generate());
System.out.println("UUID Version 6: " + Generators.timeBasedReorderedGenerator().generate());
System.out.println("UUID Version 7: " + Generators.timeBasedEpochGenerator().generate());

生成结果：

UUID Version 1: e6e3422c-c82d-11ed-8761-3ff799965458
UUID Version 6: 1edc82de-6e34-622d-8761-dffbc0ff00e8
UUID Version 7: 01870609-81e5-793b-9e4f-011ee370187b

5.3. 基准测试

性能测试

UUID uuid = Generators.timeBasedGenerator().generate();

运行结果：

12800000 UUIDs generated, 0 collisions in 15795ms

可以看到这3种方式都没有出现重复的UUID，速度也不是瓶颈，虽然最后一个库要慢一点。

6. 总结

本文我们讨论了基于时间UUID的优缺点，并学习如何使用Java库生成UUID v6 和UUID v7。

最后，本文的源码可在GitHub上获取。

Persistence

REST

Security