高可用高性能可扩展的单号生成方案

在业务开发中经常会遇到各种单号生成， 例如快递单号、服务单号、订单号等等。 这些单号生成往往是业务逻辑处理的第一步， 单号生成出问题，必然导致业务走不下去;另外有多少业务量就会至少有多少的单号生成需求。所以单号生成必须高可用，必须高性能。 另外业务不同需要的单号规则可能也不相同， 所以单号服务还必须具备足够的扩展性。

一、单号定义

在进入正题之前我们先给单号下个定义， 看几个常见的单号形式。

单号是一个数字和字符组成的序列， 它要满足两个条件： 一个是唯一， 保证唯一才可以作为业务标识; 另一个是符合业务需要的规则。 例如下面三个单号：

二、单号数字序列部分的生成

上述单号定义中的数字部分通常是一个自增的数字序列。 我们可以通过数据库的自增列、 数据库的列+1方式、 redis或者memcached的INCR指令来生成这种数字的序列。 这四种方式都可以生成序列， 但各自有各自的好处。

1. 数据库自增列的方式

是通过数据库的内部机制生成的， 在普通PC上每秒约可以生成4000个数字序列， 它的好处是每一个数字序列都会保留一条记录， 记录生成使用时间， 缺点是吞吐量一般， 会占用一定的数据库资源， 如下是一种推荐的表结构：

此表有两列， id列为bigint类型的自增长字段，作为数字序列的值， generate_time时间戳字段可以记录每一个单号的生成时间。生成数字序列的方式用sql说明如下：

说明：

使用时配置bean使用即可， 如下spring bean xml配置：

四、高性能实现

单号生成只是业务操作的第一个步骤， 业务操作往往是复杂耗时的， 我们必须保证单号生成的性能， 使其几乎不会影响业务时间。

上述介绍的四种序列生成方式都是跨网络通过中间件获得的序列号，要进一步优化其性能，我们需要将序列放在离CPU更近的地方――内存中。我们使用如下两种方式将数字序列放到CPU更近的地方：

这两种方式并不一定都需要， 置放入内存队列中的数字序列越多，重启时丢失的也会越多。

其内部结构图示如下：

高性能序列使用的bean配置如下：

通过设定memoryBitLength，指定序列的最右的memoryBitLength位在内存中生成以提高生成的效率。 需要注意memoryBitLength值越大则在内存中的序列条数越多， 性能越高， 如果发生重启时丢失的序列也会越多， 要根据情况来设置。 支持异步生成序列值， 异步生成的速度会根据序列值消费速度自适应。

五、关于可扩展性

单号规则多种多样， 不能每增加一种规则就增加一个需求， 我们需要相对灵活的扩展性。 上述介绍了多种单号数字序列的生成方式， 和数字序列生成的高可用和高性能实现， 他们都实现了同一个接口：

有了这个统一的数字序列生成接口， 我们可以扩展多种不同的数字序列生成方式。 或者实现不同的高可用、高性能机制。

另外在本文的开头我们介绍了多种不同的单号生成规则， 要灵活满足这些不同的规则， 我们使用表达式来表达单号的组合规则， 通过将表达式解析成不同的Expression来实现不同单号部分的生成。 下面我们看一个单号表达式的示例， 如下是一个spring bean配置：

SmartSNGen类负责根据表达式生成不同规则的单号，其构造函数第一个参数值：

@{com.jd.coo.sa.sn.expression.CheckSumExpression} 即为表达式， 该表达式分为五个部分：

该bean的interpreter属性指定了表达式的解释器，该解释器会将表达式值转换为实现了Expression接口的对象，通过该对象可以计算出单号的值。

表达式解释器查找表达式中的“@{”和“}”对，将其内部的表达式解析为动态表达式，将其他部分的表达式解析为静态表达式。动态表达式分为三种类型：

第3种表达式留出任意扩展自定义表达式的扩展点。

Expression接口定义如下：

通过实现此接口即可实现任何自定义的单号生成逻辑。如下是自定义的单号校验位生成表达式示例：

总结

本文提到了多种单号数字序列生成方式，还介绍了高可用、高性能以及扩展性的实现方式。