UUID那些事

最新推荐文章于 2025-04-19 11:00:12 发布
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文章标签： 操作系统

UUID那些事

UUID 是一个全局唯一的通用识别码。它使用某种规则，而不是某种中心化的自增方式，来保证这个识别码的全局唯一性。UUID 有非常多的使用场景，比如在分布式系统中，需要生成全局唯一 ID 来进行日志记录。UUID 的生成规则由 rfc4122 来进行定义。

UUID 和 GUID 的区别

其实是没有区别的，GUID 是微软按照 UUID 的规则实现的一套方法。它本质的目的也是为了保证全局唯一性。微软已经使用 GUID 在 Windows 的 COM，ActiveX 等技术上了。但是这里注意的一点是，UUID 本质是有多种版本的，GUID 也是在不同的使用场景实现的是不同的 UUID 版本，比如 COM 是使用 UUID 版本1 进行实现的。所以，在聊 UUID 和 GUID 是不是一样的时候，附带的信息应该了解清楚版本信息。

版本

UUID 是有不同的版本的，每个版本有不同的适用场景，比如，版本4 建议使用随机方式生成所有的可变因子。在很多场景下，这个其实是一个非常方便的实现方式。版本1 使用的是 时间戳＋时钟序列＋节点信息（机器信息）在一些分布式系统场景下是能严格保证全局唯一的。twitter 的 snowflake 可以看作是是 UUID 版本1 的简化版。

到现在为止，UUID 一共有5个实现版本:

  • 版本1: 严格按照 UUID 定义的每个字段的意义来实现，使用的变量因子是时间戳＋时钟序列＋节点信息（Mac地址）
  • 版本2: 基本和版本1一致，但是它主要是和 DCE（ IBM 的一套分布式计算环境）。但是这个版本在 ietf 中也没有具体描述，反而在DCE 1.1: Authentication and Security Services这篇文档中说到了具体实现。所以这个版本现在很少使用到，并且很多地方的实现也都忽略了它。
  • 版本3: 基于 name 和 namespace 的 hash 实现变量因子，版本3使用的是 md5 进行 hash 算法。
  • 版本4: 使用随机或者伪随机实现变量因子。
  • 版本5: 基于 name 和 namespace 的 hash 实现变量因子，版本5使用的是 sha1 进行 hash 算法。

不管是 UUID 的哪个版本，它的结构都是一样的，这个结构是按照版本1进行定义的，只是在其他版本中，版本1中的几个变量因子都进行了变化。

UUID 基本结构

UUID 长度是128bit，换算为16进制数值(每4位代表一个数值)就是有32个16进制数值组成，中间使用4个-进行分隔，按照8-4-4-4-12的顺序进行分隔。加上中间的横杆，UUID有36个字符。

9674481.jpg

这个图是 UUID 的具体结构。它的可变因子有三个，Timestamp 时间戳，Clock Sequence时钟序列，node节点信息。然后由他们的不同部分组成这个 UUID。

Timestamp

时间戳是其中一个可变因子。时间戳有长度为 60bit。它代表现在当前UTC时间（必须使用UTC时间，这样就统一了时区）和1582-10-15 00:00:000000000，每100纳米加一。对于无法获取UTC时间的系统，由于获取不到UTC，那么你可以统一采用 localtime。（实际上一个系统时区相同就可以了）。

有了时间戳之后，结构图中的time_low，time_mid，time_hi就知道了

time_low

是 timestamp 60bit 中的 0～31bit，共32bit

time_mid

是 timestamp 60bit 中的 32～47bit，共16bit

time_hi_and_version

这个字段的意思很明确，就是包含两个部分，version 和 time_hi。version 占用 bit 数为4. 代表它最多可以支持31个版本。time_hi就是timestamp剩余的12bit，一共是16bit。

Clock Sequence

如果计算 UUID 的机器进行了时间调整，或者是 nodeId 变化了（主机更换网卡），和其他的机器冲突了。那么这个时候，就需要有个变量因子进行变化来保证再次生成的 UUID 的唯一性。

其实Clock Sequence的变化算法很简单，当时间调整，或者 nodeId 变化的时候，直接使用一个随机数，或者，在原先的Clock Sequence值上面自增加一也是可以的。

Clock Sequence 一共是14bit

clock_seq_low

是 Clock Sequence 中的 0～7 bit 共8bit

clock_seq_hi_and_reserved

包含两个部分，reserved 和 clock_seq_hi。其中 clock_seq_hi 为 Clock Sequence 中的 8～13 bit 共6个bit，reserved是2bit，reserved 一般设置为10。

node

node 这个变量因子由MAC地址组成，通常是IP地址。它有48bit大小。其中的 0-15填入node(0-1)的位置，16-47填入node(2-5)的位置。

不同版本

基本上，按照上节说的已经把 UUID 的结构构成说明清楚了。基本上这个结构构成是 UUID version1 的定义。我们可以看到，它有的变量因子是 timestamp， clock sequence, node。

在不同版本中，这几个变量因子的含义是不同的。

version4

在version4 中，timestamp，clock sequence, node都是随机或者伪随机的。

version3&5

version3和5 叫做基于 name 和 namesapce 的 hash 结构生成。其中的name 和namespace 基本上和我们很多语言的命名空间，类名一样，它的基本要求就是，name + namespace 才是唯一确定hash串的标准。换句话说，一样的namespace + name 使用的hash算法（比如version3的md5）计算出来的结果必须是一样的，但是不同的 namespace 中的同样的 name 生成的结果是不一样的。

version3 和 version5 中的三个变量因子都是由hash 算法保证的，version3是 md5, version5是sha1。

参考文档

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<think>我们被要求生成关于UUID的详细介绍和使用方法。根据引用资料，我们可以总结如下： 1. UUID（通用唯一标识符）是一个128位的标识符，可以保证在空间和时间上的唯一性（引用[3]）。 2. UUID有多种版本，常见的有基于时间的版本1、基于名字的MD5散列（版本3）、基于随机数的版本4、基于名字的SHA-1散列（版本5）（引用[1][2]）。 3. 在Python中，可以使用uuid模块生成UUID，包括uuid1(), uuid3(), uuid4(), uuid5()（引用[1][2]）。 4. 在Java中，java.util.UUID类提供了生成和操作UUID的方法（引用[4]）。 5. 在JavaScript中，可以使用UUID.js库生成UUID（引用[5]）。 现在，我们将按照以下结构组织回答： - UUID的定义和特性 - UUID的版本 - Python中的UUID使用 - Java中的UUID使用 - JavaScript中的UUID使用（使用UUID.js库） - 使用场景 注意：根据系统指令，行内数学表达式使用$...$，独立公式使用$$...$$，但UUID的描述中可能没有数学公式，所以我们可以忽略数学格式。另外，需要生成相关问题。 由于引用资料中提供了Python、Java和JavaScript的示例，我们将分别介绍。 回答： # UUID详解与使用方法 ## 1. UUID的定义 UUID（Universally Unique Identifier，通用唯一标识符）是一个128位的标识符，用于在分布式系统中唯一标识信息。它通过MAC地址、时间戳、命名空间、随机数或伪随机数等元素来保证其唯一性（引用[3]）。UUID的标准形式为32个十六进制数字，分为五组，例如：`123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000`。 ## 2. UUID的版本 UUID有多个版本，每个版本使用不同的生成算法： - **版本1（基于时间）**：使用当前时间戳和机器MAC地址生成。由于包含MAC地址，可能涉及隐私问题（引用[2]）。 - **版本2（DCE安全）**：在RFC 4122中定义，但很少使用。注意：Python的uuid模块未提供uuid2函数（引用[1]）。 - **版本3（基于名字的MD5散列）**：使用命名空间和一个名字，通过MD5散列算法生成（引用[2]）。 - **版本4（基于随机数）**：使用随机或伪随机数生成，因此重复概率极低（引用[5]）。 - **版本5（基于名字的SHA-1散列）**：与版本3类似，但使用SHA-1散列算法（引用[1]）。 ## 3. Python中的UUID生成 Python的uuid模块提供了生成UUID的函数： ```python import uuid # 版本1：基于时间 uuid1 = uuid.uuid1() print(uuid1) # 例如: 123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000 # 版本3：基于名字的MD5散列（需要提供命名空间和名字） namespace = uuid.NAMESPACE_DNS # 使用DNS命名空间 name = "example.com" uuid3 = uuid.uuid3(namespace, name) # 版本4：随机生成 uuid4 = uuid.uuid4() # 最常用，因为不包含主机信息 # 版本5：基于名字的SHA-1散列 uuid5 = uuid.uuid5(namespace, name) ``` ## 4. Java中的UUID生成 Java的java.util.UUID类提供了生成UUID的方法： ```java import java.util.UUID; public class UUIDExample { public static void main(String[] args) { // 生成随机的UUID (版本4) UUID uuid = UUID.randomUUID(); System.out.println(uuid.toString()); // 基于名字的UUID（版本3和5）需要手动构造，但Java标准库只提供版本3和4？实际上，Java的UUID类没有直接提供版本5，但可以通过其他方式实现。 // 注意：Java的UUID.nameUUIDFromBytes生成的是版本3（基于MD5） UUID uuid3 = UUID.nameUUIDFromBytes("example.com".getBytes()); System.out.println(uuid3); } } ``` ## 5. JavaScript中的UUID生成（使用UUID.js库） 在JavaScript中，可以使用第三方库UUID.js： ```html <!-- 在HTML中引入 --> <script src="src/uuid.js"></script> <script> // 生成版本4的UUID var uuid = UUID.generate(); // 默认版本4 console.log(uuid); </script> ``` 在Node.js中： ```javascript let UUID = require("uuidjs"); let uuid = UUID.generate(); ``` ## 6. UUID的使用场景 - 分布式系统中的唯一标识 - 数据库主键（避免主键冲突） - 会话标识 - 文件命名（避免重复，如引用[4]中提到的文件名生成） §§相关问题§§ 1. UUID版本1和版本4有什么区别？ 2. 如何在MySQL数据库中使用UUID作为主键？ 3. 使用UUID作为主键有什么优缺点？ 4. 如何在Python中安全地生成版本4的UUID？ 5. 如何解析一个UUID字符串并获取其版本信息？</think>### UUID详解与使用方法 #### 1. UUID定义 UUID（Universally Unique Identifier，通用唯一标识符）是一个128位的标识符（通常以32位十六进制字符串表示），格式如：`123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000`。其核心特性包括： - **全局唯一性**：通过时间戳、随机数、MAC地址等元素组合，在空间和时间维度保证极低重复概率[^3] - **无需中央注册**：可本地生成且无需协调分配[^3] - **固定长度**：始终占用128位存储空间（16字节）[^3] #### 2. 主要版本及生成原理 | 版本 | 生成方式 | 特点 | 适用场景 | |------|----------|------|----------| | **v1** | 基于时间戳+MAC地址 | 包含主机信息，可能泄露隐私 | 分布式系统跟踪 | | **v3** | 基于命名空间+名称的MD5哈希 | 确定性生成（相同输入输出相同） | 文件签名、内容标识 | | **v4** | 基于随机数 | 完全随机，隐私性好（最常用） | 安全敏感场景 | | **v5** | 基于命名空间+名称的SHA-1哈希 | 类似v3但更安全 | 需要确定性的唯一ID | > ⚠️ 注意：Python/Java等语言均未实现**v2**（DCE安全版本）[^1][^2] #### 3. 编程实现示例 **Python (uuid模块)** ```python import uuid # 生成版本4 UUID (随机) print(uuid.uuid4()) # 输出如: 9c4b1b2f-3a8c-4d27-81d2-1e0e5b6c7d8a # 生成版本3 UUID (基于命名空间) namespace_dns = uuid.NAMESPACE_DNS print(uuid.uuid3(namespace_dns, "example.com")) # 固定输出 ``` **Java (java.util.UUID)** ```java import java.util.UUID; public class UUIDDemo { public static void main(String[] args) { // 版本4生成 UUID id = UUID.randomUUID(); System.out.println(id); // 如: 550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000 // 获取版本号 System.out.println(id.version()); // 输出4 } } ``` **JavaScript (UUID.js库)** ```html <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/uuidjs@4.2.0/dist/uuid.min.js"></script> <script> // 生成版本4 const uuid = UUID.generate(); console.log(uuid); // 如: 1b9d6bcd-bbfd-4b2d-9b5d-ab8dfbbd4bed </script> ``` #### 4. 关键应用场景 1. **数据库主键**：替代自增ID，避免分库分表冲突 ```java // Java示例：文件名生成 String fileName = UUID.randomUUID().toString() + ".jpg"; [^4] ``` 2. **分布式追踪**：微服务调用链的请求ID 3. **安全令牌**：会话ID、API密钥 4. **文件去重**：相同内容生成相同v3/v5 UUID #### 5. 注意事项 - **性能**：v4生成速度最快，v1/v3/v5涉及计算开销 - **隐私**：v1可能暴露MAC地址和时间信息 - **存储优化**：二进制存储（16字节）优于字符串（36字节） - **碰撞概率**：v4需使用强随机源（如`crypto.getRandomValues()`）
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