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分布式项目使用Redis实现数据库对象自增主键ID

article 2024/11/28 12:59:27

hello。大家好，我是灰小猿，一个超会写bug的程序猿！

在分布式项目中，数据表的主键ID一般可能存在于UUID或自增ID这两种形式，UUID好理解而且实现起来也最容易，但是缺点就是数据表中的主键ID是32位的字符串，在大数据查询等情况下性能会相对比较差，所以在需求允许的情况下，我们通常会优先考虑使用自增ID来代替UUID使用。

在分布式项目中如果你的数据表的主键ID是自增ID，那么常见的生成对象主键ID的方式有：

雪花算法
- 优点：实现简单
- 缺点：生成ID较长、生成ID不连续，会造成ID浪费
采用框架自带的ID生成器，如MybatisPlus的@AutoID
- 优点：依赖框架，实现简单
- 缺点：无法在插入对象前获取到对象的主键ID
采用Redis缓存生成主键ID等
- 优点：生成的ID连续，数据在表中的可读性好
- 缺点：借助Redis缓存，实现相比前两种较复杂

通过雪花算法生成对象主键ID的方式我们在之前的文章中已经介绍过了，这篇文章我们主要介绍如何通过Redis来实现生成对象自增ID的方法。

1、缓存实现原理

通过Redis实现对象自增ID的方式，主要是通过Redis的INCR 和 INCRBY 命令来对键值进行递增操作，从而实现计数器的功能，主要原因是Redis 是单线程模型，所有命令都是原子操作，不会发生竞态条件，

在使用时要留意以下特点与注意事项

原子性：INCR、INCRBY 和 INCRBYFLOAT 命令都是原子性的，这意味着如果多个客户端同时执行这些命令，Redis 会保证每个命令的执行不会发生竞态条件。
数据类型要求：这些命令要求操作的值是整数（INCR 和 INCRBY）或浮点数（INCRBYFLOAT）。如果键对应的值不是数值类型，Redis 会返回错误。
性能：Redis 是单线程的，所有命令都是原子操作，因此在高并发环境下执行这些命令时，性能表现非常好。
键不存在的情况：如果执行 INCR 或 INCRBY 时，键不存在，Redis 会自动创建这个键并初始化其值为 0，然后进行递增。

2、Redis工具类实现ID自动生成

了解到通过Redis实现的原理之后，就是如何设计缓存以保证每张表的数据之间不会相互影响，

以user表为例，对应的model为UserModel，那么我们就可以将model名称作为key，当前已有的最大的ID作为value来进行存储，因为每一张表对应的model名称都是不一样的，所以这里一定不会出现key重复的情况，

下面是一些在Redis中生成和获取对象自增ID的工具方法，方便新建对象时直接调用

@Component("redisUtils")
@RequiredArgsConstructor
@Slf4j
public class RedisUtils implements InitializingBean {
    private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static RedisUtils redisUtils;

    @Override
    public void afterPropertiesSet() {
        redisUtils = this;
    }

    /**
     * 获取自增ID
     */
    public static <T> Integer getIncr(Class<T> tClass) {
        try {
            String key = tClass.getName();
            Long increment = redisUtils.stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key, 1);
            return Math.toIntExact(increment);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new RedisSystemException(e.getMessage(), e);
        }
    }

    /**
     * 获取自增ID，指定递增长度，用于批量创建对象时，只请求一次Redis
     * 如批量创建五个对象，delta等于5
     */
    public static <T> Integer getIncr(Class<T> tClass, int delta) {
        try {
            String key = tClass.getName();
            Long increment = redisUtils.stringRedisTemplate.opsForValue().increment(key, delta);
            return Math.toIntExact(increment);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new RedisSystemException(e.getMessage(), e);
        }
    }

    /**
     * 缓存预热，用于项目启动时初始化Redis中各个表的最大ID
     */
    public static <T> long incrPreheat(Class<T> tClass, Long maxValue) {
        if (maxValue == null) {
            maxValue = 0L;
        }
        if (maxValue < 0) {
            //异常抛出，预热的初始值不能小于0
        }
        Integer incr = getIncr(tClass);
        if (maxValue <= incr) {
            return incr;
        }
        return getIncr(tClass, (int) (maxValue - incr));
    }
}

解释：InitializingBean是Spring提供的拓展性接口，InitializingBean接口为bean提供了属性初始化后的处理方法，它只有一个afterPropertiesSet方法，凡是继承该接口的类，在bean的属性初始化后都会执行该方法。

3、缓存预热

缓存预热是指在项目启动时，将每一张表当前最大的主键ID预先加载到Redis中，这样在后面使用的时候，就可以直接从Redis中获取下一次ID即可，不需要再去访问数据库查询最大ID，缓存预热一般会建立在Redis专门的初始化类中，以便在启动项目时可以运行该类，具体如下：

/**
 * 缓存预热
 *
 * @author hxy
 */
@Component
@DependsOn("redisUtils")
@RequiredArgsConstructor
public class RedisInit {

    private final UserMapper userMapper;

    /**
     * 获取每一张表中当前的最大ID，然后预热到redis中
     */
    @PostConstruct
    public void init() {
        RedisUtils.incrPreheat(UserModel.class, userMapper.maxId());
    }
}

解释：@DependsOn注解可以定义在类和方法上，意思是我这个组件要依赖于另一个组件，也就是说被依赖的组件会比该组件先注册到IOC容器中。

解释：@PostConstruct注解

在Java中，@PostConstruct注解，通常用于标记一个方法，它表示该方法在类实例化之后（通过构造函数创建对象之后）立即执行。

加上@PostConstruct注解的方法会在对象的所有依赖项都已经注入完成之后执行。通过使用@PostConstruct注解，我们可以确保在对象完全创建和初始化之后才执行这些操作。这个注解通常用在依赖注入（Dependency Injection）的框架中，例如Spring。

@PostConstruct 注解可以用在任何类的方法上，但它最常用于标记在 Spring Framework 中的 Bean 类中的初始化方法。

4、model层封装调用

在实例化一个model对象的时候，要将model的主键ID进行赋值，这个时候就要从Redis中获取到当前对象应该对应的主键ID，我们可以在model类中构建一个newInstance方法或有参构造，来专门的生成需要赋值主键ID的对象，在方法中调用redis工具类的getIncr方法，获取到最新最小未使用的主键ID并赋值给新建的model即可。

@Getter
@Setter
public class UserModel {

    private Integer id;

    private String name;

    private Integer age;

    private String tel;

    public UserModel() {
    }

    /**
     * 提供一个能够生成自增ID的有参构造，需要生成自增ID时调用
     */
    public UserModel(boolean autoId) {
        if (autoId) {
            this.id = RedisUtils.getIncr(UserModel.class);
        }
    }
}

如果你是需要批量创建对象并且给对象赋值主键ID的情况，可以按照如下方式使用，这样可以只调用一次Redis，避免重复调用Redis影响性能。

@Service
@RequiredArgsConstructor
public class UserServiceImpl {

    private final UserMapper userMapper;

    public void batchAddUser(){
        int addNumber = 10;
        //提前生成自定跨度的ID，比如之前最大ID是6，获取后得到的incr是16
        Integer incr = RedisUtils.getIncr(UserModel.class, addNumber);
        List<UserModel> userModels = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < addNumber; i++) {
            UserModel userModel = new UserModel();
            //每一个主键ID依次递减使用
            userModel.setId(incr--);
            userModels.add(userModel);
        }
        userMapper.insertBatch(userModels);
    }
}

至此，通过Redis来获取对象自增ID的方法已经完成，如果在使用过程中有其他场景需求，可以对redisUtils中的方法进行拓展即可。

我是灰小猿，我们下期见！

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