ULID,一个比 UUID 更好用的方案

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来源:Python 编程时光

ULID :Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier(通用唯一词典分类标识符)
UUID :Universally Unique Identifier(通用唯一标识符)

# 1. 为什么不选择 UUID

UUID 目前有 5 个版本:

版本 1:在许多环境中是不切实际的,因为它需要访问唯一的,稳定的 MAC 地址,容易被攻击;
版本 2:将版本 1 的时间戳前四位换为 POSIX 的 UID 或 GID,问题同上;
版本 3:基于 MD5 哈希算法生成,生成随机分布的 ID 需要唯一的种子,这可能导致许多数据结构碎片化;
版本 4:基于随机数或伪随机数生成,除了随机性外没有提供其他信息;
版本 5:通过 SHA-1 哈希算法生成,生成随机分布的 ID 需要唯一的种子,这可能导致许多数据结构碎片化;

这里面常用的就是 UUID4 了,但是,即使是随机的,但是也是存在冲突的风险。
和 UUID 要么基于随机数,要么基于时间戳不同,ULID 是既基于时间戳又基于随机数,时间戳精确到毫秒,毫秒内有1.21e + 24个随机数,不存在冲突的风险,而且转换成字符串比 UUID 更加友好。

# 2. ULID特性

ulid() # 01ARZ3NDEKTSV4RRFFQ69G5FAV
  • 与 UUID 的 128 位兼容性

  • 每毫秒 1.21e + 24 个唯一 ULID

  • 按字典顺序(也就是字母顺序)排序!

  • 规范地编码为 26 个字符串,而不是 UUID 的 36 个字符

  • 使用 Crockford 的 base32 获得更好的效率和可读性(每个字符 5 位)

  • 不区分大小写

  • 没有特殊字符(URL 安全)

  • 单调排序顺序(正确检测并处理相同的毫秒)

# 3. ULID 规范

以下是在 python(ulid-py) 中实现的 ULID 的当前规范。二进制格式已实现

01AN4Z07BY      79KA1307SR9X4MV3

|----------|    |----------------|
 Timestamp          Randomness
  10chars            16chars
   48bits             80bits

 3.1 组成

时间戳

  • 48 位整数

  • UNIX 时间(以毫秒为单位)

  • 直到公元 10889 年,空间都不会耗尽。

随机性

  • 80 位随机数

  • 如果可能的话,采用加密技术保证随机性

排序

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。在同一毫秒内,不能保证排序顺序

编码方式

如图所示,使用了 Crockford 的 Base32。该字母表不包括字母 I,L,O 和 U,以避免混淆和滥用。

0123456789ABCDEFGHJKMNPQRSTVWXYZ

二进制布局和字节顺序

组件被编码为16个八位位组。每个组件都以最高有效字节在前(网络字节顺序)进行编码。

0                   1                   2                   3
 0 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                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

 3.2 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

  • 比如要按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

  • 如果毫秒精度是可以接受的(毫秒内无序),可以按照 ULID 排序,而不是单独的 created_at 字段

# 4. 用法(python)

安装

pip install ulid-py

创建一个全新的 ULID。

时间戳记值(48 位)来自 time.time(),精度为毫秒。

随机值(80 位)来自 os.urandom()

>>> import ulid
>>> ulid.new()
<ULID('01BJQE4QTHMFP0S5J153XCFSP9')>

根据现有的 128 位值(例如 UUID)创建新的 ULID 。
支持 ULID 值类型有 int,bytes,str,和UUID。

>>> import ulid, uuid
>>> value = uuid.uuid4()
>>> value
UUID('0983d0a2-ff15-4d83-8f37-7dd945b5aa39')
>>> ulid.from_uuid(value)
<ULID('09GF8A5ZRN9P1RYDVXV52VBAHS')>

从现有时间戳值(例如datetime对象)创建新的 ULID 。
支持时间戳值类型有 int,float,str,bytes,bytearray,memoryview,datetime,Timestamp,和 ULID

>>> import datetime, ulid
>>> ulid.from_timestamp(datetime.datetime(1999, 1, 1))
<ULID('00TM9HX0008S220A3PWSFVNFEH')>

根据现有的随机数创建一个新的 ULID。

支持随机值类型有 int,float,str,bytes,bytearray,memoryview,Randomness,和 ULID。

>>> import os, ulid
>>> randomness = os.urandom(10)
>>> ulid.from_randomness(randomness)
>>> <ULID('01BJQHX2XEDK0VN0GMYWT9JN8S')>

一旦有了 ULID 对象,就有多种与之交互的方法。

timestamp()方法将为您提供 ULID 的前 48 位的时间戳快照,而randomness()方法将为您提供后 80 位的随机数快照。

>>> import ulid
>>> u = ulid.new()
>>> u
<ULID('01BJQM7SC7D5VVTG3J68ABFQ3N')>
>>> u.timestamp()
<Timestamp('01BJQM7SC7')>
>>> u.randomness()
<Randomness('D5VVTG3J68ABFQ3N')>

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