Java UUID詳解

UUID是通用唯一標識符的縮寫，是一個軟件構建的標準，它使用長度為128位（16字節）的值來表示信息。UUID可以保證對在同一時空中的所有機器都是唯一的，它實際上上是利用網絡上的時間和計算機MAC地址來生成的。

一、UUID的優點

1、全球唯一性

    String uuid = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
    System.out.println(uuid);

UUID採用128位編碼，標識信息的唯一性，長時間不重複，保證了對於海量數據處理時，不會產生衝突。

2、無序性

    UUID uuid1 = UUID.randomUUID();
    UUID uuid2 = UUID.randomUUID();
    System.out.println(uuid1.compareTo(uuid2));

UUID採用無序性的編碼，這個特性可以避免數據庫在寫入數據時，需要枷鎖和解鎖的操作，顯著提升了開發效率。

3、方便存儲和傳輸

    UUID uuid = UUID.randomUUID();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(new byte[16]);
    buffer.putLong(uuid.getMostSignificantBits());
    buffer.putLong(uuid.getLeastSignificantBits());
    byte[] array = buffer.array();

UUID僅使用128位，方便對任意平台和數據庫進行數據存儲和傳送。

二、UUID的使用

1、獲取UUID

    UUID uuid = UUID.randomUUID();
    System.out.println(uuid.toString());

UUID類提供了randomUUID()方法，可以用於獲取一個UUID對象。

2、UUID的表示

    UUID uuid = UUID.fromString("38400000-8cf0-11bd-b23e-10b96e4ef00d");
    System.out.println(uuid.getLeastSignificantBits());

通過fromString()方法可以將字符串轉化成UUID對象，其中的連字符是可選的，但建議保留，這樣可以方便讀取。

3、UUID的比較

    UUID uuid1 = UUID.fromString("38400000-8cf0-11bd-b23e-10b96e4ef00d");
    UUID uuid2 = UUID.fromString("38400000-8cf0-11bd-b23e-10b96e4ef00d");
    System.out.println(uuid1.equals(uuid2));

UUID類提供了equals()、compareTo()等方法，用於比較兩個UUID的大小是否相等，或者兩個UUID是否相等，如果相等則返回0。

三、UUID生成算法

1、時間戳

    private static long toUnixTime(long timeStamp) {
        return (timeStamp - START_EPOCH) * 10000 + 0x01b21dd213814000L;
    }

    private static long timeToMillis(long time) {
        return (time - 0x01b21dd213814000L) / 10000 + START_EPOCH;
    }

    private static final long START_EPOCH;

    static {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance(TimeZone.getTimeZone("UTC"));
        calendar.set(1582, Calendar.OCTOBER, 15, 0, 0, 0);
        calendar.set(Calendar.MILLISECOND, 0);
        START_EPOCH = calendar.getTimeInMillis();
    }

    private static long createTimestamp() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        long time = toUnixTime(timestamp);
        return time;
    }

UUID生成的過程中，會生成一個時間戳，通過時間戳可以保證生成的UUID在不同時間生成時不會重複。在Java中，可以使用System.currentTimeMillis()方法獲取一個毫秒級別的時間戳。

2、MAC地址

    private static long createNode() {
        InetAddress address;
        try {
            address = InetAddress.getLocalHost();
        } catch (UnknownHostException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        byte[] mac = null;
        try {
            mac = NetworkInterface.getByInetAddress(address).getHardwareAddress();
        } catch (SocketException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        if (mac == null) {
            return 0xffffffffffffL;
        }
        long node = 0;
        for (int i = 0; i < mac.length; i++) {
            node |= ((long) mac[i] & 0xff) << (8 * (5 - i));
        }
        return node;
    }

UUID生成的過程中，還會用到機器的MAC地址，通過MAC地址可以保證生成的UUID在同一時間內，在不同機器上也不會重複。

3、隨機數

    private static long createRandom() {
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        byte[] bytes = new byte[8];
        random.nextBytes(bytes);
        return ((long) bytes[0] & 0xff) << 56 |
                ((long) bytes[1] & 0xff) << 48 |
                ((long) bytes[2] & 0xff) << 40 |
                ((long) bytes[3] & 0xff) << 32 |
                ((long) bytes[4] & 0xff) << 24 |
                ((long) bytes[5] & 0xff) << 16 |
                ((long) bytes[6] & 0xff) << 8 |
                ((long) bytes[7] & 0xff);
    }

UUID生成的過程中，還會用到隨機數，通過隨機數的存在，可以保證生成的UUID的唯一性。

四、UUID的應用場景

1、主鍵

在數據庫中，通常將主鍵設計成UUID，可以避免業務層和數據層之間的耦合，更容易擴展。

2、文件名

在上傳文件時，可以將文件名設置成UUID，可以避免出現重名文件，而且易於管理。

3、網絡通信

在分布式系統中，可以使用UUID來定義一致的消息格式，方便不同系統之間的通信。

五、總結

UUID是一個通用唯一標識符，具有全球唯一性、無序性、方便傳輸等優點，可以應用於主鍵、文件名、網絡通信等場景。UUID的生成需要時間戳、MAC地址和隨機數的支持，可以採用UUID類提供的方法獲取UUID對象，也可以自己編寫生成算法。