Python 3 UUID – 生成全球唯一ID的終極解決方案

一、UUID簡介

UUID，全稱通用唯一標識符，是一個128位長的數字，用於在計算機系統中的標識符上保證唯一性。

在Python 3中，使用uuid模塊就能夠輕鬆生成UUID。

import uuid
print(uuid.uuid1())  # 基於時間戳生成
print(uuid.uuid3(uuid.NAMESPACE_DNS, 'python.org'))  # 基於命名空間和字符串生成
print(uuid.uuid4())  # 隨機生成
print(uuid.uuid5(uuid.NAMESPACE_DNS, 'python.org'))  # 基於命名空間和字符串生成

uuid1()函數使用的是計算機本地的時間戳和MAC地址來生成UUID，保證同一個計算機上的UUID唯一，但是在不同計算機上生成的UUID可能會有重複。

uuid3()和uuid5()函數，則是基於命名空間和字符串來計算出UUID，保證同一個命名空間內的UUID是唯一的，但是不同命名空間之間的UUID可能會存在重複。

而uuid4()函數則是隨機生成UUID，保證UUID的全球唯一性。

二、uuid1()和uuid4()函數詳解

隨機性與可預測性成為了UUID最為關注的問題，也是使用UUID的最初動因。uuid1()和uuid4()函數雖然都能夠生成隨機的UUID，但是它們生成UUID的方式又有所不同。

uuid1()函數生成UUID的過程：

1、使用計算機的當前時間和一個隨機數生成128位的序列號。
2、將設備的MAC地址插入該序列號中，通過MD5算法生成新的序列號。
3、設置版本位（version bits）為1。
4、設置變體位（variant bits）為計算機MAC地址加密後的值，確保生成UUID的唯一性並防止衝突。

這種方法生成的UUID不僅能保證生成的UUID全球唯一，而且因為加入了MAC地址，從而也能夠保證在同一台計算機上生成的UUID是同一份。

uuid4()函數生成UUID的過程：

1、使用隨機數生成128位的序列號。
2、設置版本位（version bits）為4。
3、設置變體位（variant bits）為一個固定值，這裡就不多講了。

這種方法生成的UUID是完全隨機的，既能夠保證全球唯一，也無法預測或重現。

三、UUID和數據庫

在使用關係型數據庫的時候，會遇到一個需要全局唯一ID的場景。而UUID就是一個非常好的選擇。使用UUID作為主鍵，既能夠確保全局唯一性，也能夠在分布式系統中避免衝突。

以下是在Python中使用UUID作為主鍵的示例代碼：

import uuid
import sqlite3
conn = sqlite3.connect('example.db')
c = conn.cursor()
c.execute('''CREATE TABLE users
            (id text PRIMARY KEY, name text, email text)''')
c.execute("INSERT INTO users VALUES (?, ?, ?)",
          (str(uuid.uuid4()), 'Alice', 'alice@example.com'))
conn.commit()
conn.close()

在數據庫中，主鍵為UUID的表和主鍵為整數ID的表沒有區別。使用UUID能夠帶來良好的可擴展性和可移植性，如果你需要將數據遷移到其他的存儲系統，也不需要擔心ID的重複問題。

四、UUID和Web應用

在Web應用中，UUID也是一個常用的方式來唯一標識一個用戶或者一個資源。在Python中，Flask框架提供的session，就是使用UUID來識別和標識用戶的。以下是在Flask中開啟session的示例代碼：

from flask import Flask, session
import uuid
app = Flask(__name__)
app.secret_key = str(uuid.uuid4())

在這段代碼中，我們使用uuid.uuid4()生成一個隨機的密鑰，使用這個密鑰來保護session的數據。

另外，在開發RESTful API時，UUID也是一個很好的資源標識方式。以下是使用Django REST framework中使用UUID作為資源ID的示例代碼：

from rest_framework import serializers
import uuid
from .models import Book
class BookSerializer(serializers.ModelSerializer):
    id = serializers.UUIDField(default=uuid.uuid4)
    class Meta:
        model = Book
        fields = ['id', 'title', 'author', 'description']

在這裡，我們將Book的id字段設置為UUIDField，並且將默認值設置為uuid.uuid4()，這樣就能夠自動生成UUID作為資源的唯一ID。

總結

在Python中，使用uuid模塊能夠方便地生成UUID，而且可以根據需要自行選擇生成UUID的方式。在數據庫和Web應用中，使用UUID作為唯一標識符，不僅能夠滿足全局唯一性的要求，還能夠避免ID的重複問題，具有很好的可擴展性和可移植性。