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UUID

manshufeier 2018-07-24 10:59 原文

1、何为UUID？

　　UUID 是 通用唯一识别码（Universally Unique Identifier）的缩写，是一种软件建构的标准，亦为开放软件基金会组织在分布式计算环境领域的一部分。其目的，是让分布式系统中的所有元素，都能有唯一的辨识信息，而不需要通过中央控制端来做辨识信息的指定。如此一来，每个人都可以创建不与其它人冲突的UUID。在这样的情况下，就不需考虑数据库创建时的名称重复问题。目前最广泛应用的UUID，是微软公司的全局唯一标识符（GUID），而其他重要的应用，则有Linux ext2/ext3文件系统、LUKS加密分区、GNOME、KDE、Mac OS X等等。另外我们也可以在e2fsprogs包中的UUID库找到实现。

　　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 10^38。也就是说若每纳秒产生1兆个UUID，要花100亿年才会将所有UUID用完。

　　UUID的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为8-4-4-4-12的32个字符。示例：

  • 550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

　　UUID亦可刻意重复以表示同类。例如说微软的COM中，所有组件皆必须实现出IUnknown接口，方法是产生一个代表IUnknown的UUID。无论是程序试图访问组件中的IUnknown接口，或是实现IUnknown接口的组件，只要IUnknown一被使用，皆会被参考至同一个ID：00000000-0000-0000-C000-000000000046。

2、组成及版本类型

（1）组成　　

　　UUID是指在一台机器上生成的数字，它保证对在同一时空中的所有机器都是唯一的。通常平台会提供生成的API。按照开放软件基金会(OSF)制定的标准计算，用到了以太网卡地址、纳秒级时间、芯片ID码和许多可能的数字。

　　UUID由以下几部分的组合：

　　（1）当前日期和时间，UUID的第一个部分与时间有关，如果你在生成一个UUID之后，过几秒又生成一个UUID，则第一个部分不同，其余相同。

　　（2）时钟序列。

　　（3）全局唯一的IEEE机器识别号，如果有网卡，从网卡MAC地址获得，没有网卡以其他方式获得。

　　UUID的唯一缺陷在于生成的结果串会比较长。关于UUID这个标准使用最普遍的是微软的GUID(Globals Unique Identifiers)。在ColdFusion中可以用CreateUUID()函数很简单地生成UUID，其格式为：xxxxxxxx-xxxx- xxxx-xxxxxxxxxxxxxxxx(8-4-4-16)，其中每个 x 是 0-9 或 a-f 范围内的一个十六进制的数字。而标准的UUID格式为：xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx (8-4-4-4-12)，可以从cflib 下载CreateGUID() UDF进行转换。

（2）版本类型

　　UUID具有多个版本，每个版本的算法不同，应用范围也不同。

　　首先是一个特例－－Nil UUID－－通常我们不会用到它，它是由全为0的数字组成，如下：00000000-0000-0000-0000-000000000000

  • UUID Version 1：基于时间的UUID

　　基于时间的UUID通过计算当前时间戳、随机数和机器MAC地址得到。由于在算法中使用了MAC地址，这个版本的UUID可以保证在全球范围的唯一性。但与此同时，使用MAC地址会带来安全性问题，这就是这个版本UUID受到批评的地方。如果应用只是在局域网中使用，也可以使用退化的算法，以IP地址来代替MAC地址－－Java的UUID往往是这样实现的（当然也考虑了获取MAC的难度）。

  • UUID Version 2：DCE安全的UUID

　　DCE（Distributed Computing Environment）安全的UUID和基于时间的UUID算法相同，但会把时间戳的前4位置换为POSIX的UID或GID。这个版本的UUID在实际中较少用到。

  • UUID Version 3：基于名字的UUID（MD5）

　　基于名字的UUID通过计算名字和名字空间的MD5散列值得到。这个版本的UUID保证了：相同名字空间中不同名字生成的UUID的唯一性；不同名字空间中的UUID的唯一性；相同名字空间中相同名字的UUID重复生成是相同的。

  • UUID Version 4：随机UUID

　　根据随机数，或者伪随机数生成UUID。这种UUID产生重复的概率是可以计算出来的，但随机的东西就像是买彩票：你指望它发财是不可能的，但狗屎运通常会在不经意中到来。

  • UUID Version 5：基于名字的UUID（SHA1）

　　和版本3的UUID算法类似，只是散列值计算使用SHA1（Secure Hash Algorithm 1）算法。

　　从UUID的不同版本可以看出，Version 1/2适合应用于分布式计算环境下，具有高度的唯一性；Version 3/5适合于一定范围内名字唯一，且需要或可能会重复生成UUID的环境下；至于Version 4，我个人的建议是最好不用（虽然它是最简单最方便的）。

　　通常我们建议使用UUID来标识对象或持久化数据，但以下情况最好不使用UUID：

  • 映射类型的对象。比如只有代码及名称的代码表。
  • 人工维护的非系统生成对象。比如系统中的部分基础数据。

　　对于具有名称不可重复的自然特性的对象，最好使用Version 3/5的UUID。比如系统中的用户。如果用户的UUID是Version 1的，如果你不小心删除了再重建用户，你会发现人还是那个人，用户已经不是那个用户了。（虽然标记为删除状态也是一种解决方案，但会带来实现上的复杂性。）

3、重复机率

　　随机产生的UUID（例如说由java.util.UUID类别产生的）的128个比特中，有122个比特是随机产生，4个比特在此版本（'Randomly generated UUID'）被使用，还有2个在其变体（'Leach-Salz'）中被使用。利用生日悖论，可计算出两笔UUID拥有相同值的机率约为：

　　以下是以x=2^122计算出n笔GUID后产生碰撞的机率：

n

机率

68,719,476,736 = 2^36

0.0000000000000004 (4 x 10^-16)

2,199,023,255,552 = 2^41

0.0000000000004 (4 x 10^-13)

70,368,744,177,664 = 2^46

0.0000000004 (4 x 10^-10)

　　与被陨石击中的机率比较的话，已知一个人每年被陨石击中的机率估计为170亿分之1，也就是说机率大约是0.00000000006 (6 x 10^-11)，等同于在一年内置立数十兆笔GUID并发生一次重复。换句话说，每秒产生10亿笔UUID，100年后只产生一次重复的机率是50%。如果地球上每个人都各有6亿笔GUID，发生一次重复的机率是50%。

　　产生重复GUID并造成错误的情况非常低，是故大可不必考虑此问题。机率也与随机数产生器的质量有关。若要避免重复机率提高，必须要使用基于密码学上的假随机数产生器来生成值才行。

4、特点及应用

（1）特点

  • 经由一定的算法机器生成

　　为了保证UUID的唯一性，规范定义了包括网卡MAC地址、时间戳、名字空间（Namespace）、随机或伪随机数、时序等元素，以及从这些元素生成UUID的算法。UUID的复杂特性在保证了其唯一性的同时，意味着只能由计算机生成。

  • 非人工指定，非人工识别

　　UUID是不能人工指定的，除非你冒着UUID重复的风险。UUID的复杂性决定了“一般人“不能直接从一个UUID知道哪个对象和它关联。

  • 在特定的范围内重复的可能性极小

　　UUID的生成规范定义的算法主要目的就是要保证其唯一性。但这个唯一性是有限的，只在特定的范围内才能得到保证，这和UUID的类型有关（参见UUID的版本）。

（2）应用　

　　使用UUID的好处在分布式的软件系统中（比如：DCE/RPC, COM+,CORBA）就能体现出来，它能保证每个节点所生成的标识都不会重复，并且随着WEB服务等整合技术的发展，UUID的优势将更加明显。根据使用的特定机制，UUID不仅需要保证是彼此不相同的，或者最少也是与公元3400年之前其他任何生成的通用唯一标识符有非常大的区别。UUID最少在3000+年内不会重复。

　　通用唯一标识符还可以用来指向大多数的可能的物体。微软和其他一些软件公司都倾向使用全球唯一标识符（GUID），这也是通用唯一标识符的一种类型，可用来指向组建对象模块对象和其他的软件组件。第一个通用唯一标识符是在网络计算机系统（NCS）中创建，并且随后成为开放软件基金会（OSF）的分布式计算环境（DCE）的组件。

5、生成代码

C#

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using System;
namespace Demo{
    public class Test
    {
        public static void Main()
        {
            Guid guid=Guid.NewGuid();
            Console.WriteLine(guid);
        }
    }
}
Java
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package com.mytest;
import java.util.UUID;
public class UTest {
    public static void main(String[] args) {
        UUID uuid = UUID.randomUUID();
        System.out.println(uuid);
}}

Go

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import(
    "github.com/nu7hatch/gouuid"
    "fmt"
) 
 
func main(){
    fmt.Println(uuid.NewV4().String())
}

python

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#coding=utf-8
 
import uuid
 
name = 'test_name'
namespace = 'test_namespace'
 
print uuid.uuid1()
print uuid.uuid3(namespace,name)
print uuid.uuid4()
print uuid.uuid5(namespace,name)
 

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