摘要：是美團基礎研發平臺推出的一個分布式生成服務，名字取自德國哲學家數學家萊布尼茨的一句話具備高可靠低延遲全局唯一等特點。目前已經廣泛應用于美團金融美團外賣美團酒旅等多個部門。具體的技術細節，可參考此前美團技術博客的一篇文章美團分布式生成服務。

Leaf是美團基礎研發平臺推出的一個分布式ID生成服務，名字取自德國哲學家、數學家萊布尼茨的一句話：“There are no two identical leaves in the world.”Leaf具備高可靠、低延遲、全局唯一等特點。目前已經廣泛應用于美團金融、美團外賣、美團酒旅等多個部門。具體的技術細節，可參考此前美團技術博客的一篇文章：《Leaf美團分布式ID生成服務》。近日，Leaf項目已經在Github上開源：https://github.com/Meituan-Dianping/Leaf，希望能和更多的技術同行一起交流、共建。

Leaf在設計之初就秉承著幾點要求：

全局唯一，絕對不會出現重復的ID，且ID整體趨勢遞增。

高可用，服務完全基于分布式架構，即使MySQL宕機，也能容忍一段時間的數據庫不可用。

高并發低延時，在CentOS 4C8G的虛擬機上，遠程調用QPS可達5W+，TP99在1ms內。

接入簡單，直接通過公司RPC服務或者HTTP調用即可接入。

Leaf第一個版本采用了預分發的方式生成ID，即可以在DB之上掛N個Server，每個Server啟動時，都會去DB拿固定長度的ID List。這樣就做到了完全基于分布式的架構，同時因為ID是由內存分發，所以也可以做到很高效。接下來是數據持久化問題，Leaf每次去DB拿固定長度的ID List，然后把最大的ID持久化下來，也就是并非每個ID都做持久化，僅僅持久化一批ID中最大的那一個。這個方式有點像游戲里的定期存檔功能，只不過存檔的是未來某個時間下發給用戶的ID，這樣極大地減輕了DB持久化的壓力。

整個服務的具體處理過程如下：

Leaf Server 1：從DB加載號段[1，1000]。

Leaf Server 2：從DB加載號段[1001，2000]。

Leaf Server 3：從DB加載號段[2001，3000]。

用戶通過Round-robin的方式調用Leaf Server的各個服務，所以某一個Client獲取到的ID序列可能是：1，1001，2001，2，1002，2002......也可能是：1，2，1001，2001，2002，2003，3，4......當某個Leaf Server號段用完之后，下一次請求就會從DB中加載新的號段，這樣保證了每次加載的號段是遞增的。

Leaf數據庫中的號段表格式如下：

+-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------------------+
| Field       | Type         | Null | Key | Default           | Extra                       |
+-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------------------+
| biz_tag     | varchar(128) | NO   | PRI |                   |                             |
| max_id      | bigint(20)   | NO   |     | 1                 |                             |
| step        | int(11)      | NO   |     | NULL              |                             |
| desc        | varchar(256) | YES  |     | NULL              |                             |
| update_time | timestamp    | NO   |     | CURRENT_TIMESTAMP | on update CURRENT_TIMESTAMP |
+-------------+--------------+------+-----+-------------------+-----------------------------+

Leaf Server加載號段的SQL語句如下：

Begin
UPDATE table SET max_id=max_id+step WHERE biz_tag=xxx
SELECT tag, max_id, step FROM table WHERE biz_tag=xxx
Commit

整體上，V1版本實現比較簡單，主要是為了盡快解決業務層DB壓力的問題，而快速迭代出的一個版本。因而在生產環境中，也發現了些問題。比如：

在更新DB的時候會出現耗時尖刺，系統最大耗時取決于更新DB號段的時間。

當更新DB號段的時候，如果DB宕機或者發生主從切換，會導致一段時間的服務不可用。

為了解決這兩個問題，Leaf采用了異步更新的策略，同時通過雙Buffer的方式，保證無論何時DB出現問題，都能有一個Buffer的號段可以正常對外提供服務，只要DB在一個Buffer的下發的周期內恢復，就不會影響整個Leaf的可用性。

這個版本代碼在線上穩定運行了半年左右，Leaf又遇到了新的問題：

號段長度始終是固定的，假如Leaf本來能在DB不可用的情況下，維持10分鐘正常工作，那么如果流量增加10倍就只能維持1分鐘正常工作了。

號段長度設置的過長，導致緩存中的號段遲遲消耗不完，進而導致更新DB的新號段與前一次下發的號段ID跨度過大。

假設服務QPS為Q，號段長度為L，號段更新周期為T，那么Q * T = L。最開始L長度是固定的，導致隨著Q的增長，T會越來越小。但是Leaf本質的需求是希望T是固定的。那么如果L可以和Q正相關的話，T就可以趨近一個定值了。所以Leaf每次更新號段的時候，根據上一次更新號段的周期T和號段長度step，來決定下一次的號段長度nextStep：

T < 15min，nextStep = step * 2

15min < T < 30min，nextStep = step

T > 30min，nextStep = step / 2

至此，滿足了號段消耗穩定趨于某個時間區間的需求。當然，面對瞬時流量幾十、幾百倍的暴增，該種方案仍不能滿足可以容忍數據庫在一段時間不可用、系統仍能穩定運行的需求。因為本質上來講，Leaf雖然在DB層做了些容錯方案，但是號段方式的ID下發，最終還是需要強依賴DB。

在MySQL這一層，Leaf目前采取了半同步的方式同步數據，通過公司DB中間件Zebra加MHA做的主從切換。未來追求完全的強一致，會考慮切換到MySQL Group Replication。

現階段由于公司數據庫強一致的特性還在演進中，Leaf采用了一個臨時方案來保證機房斷網場景下的數據一致性：

多機房部署數據庫，每個機房一個實例，保證都是跨機房同步數據。

半同步超時時間設置到無限大，防止半同步方式退化為異步復制。

針對服務自身的監控，Leaf提供了Web層的內存數據映射界面，可以實時看到所有號段的下發狀態。比如每個號段雙buffer的使用情況，當前ID下發到了哪個位置等信息都可以在Web界面上查看。

Snowflake，Twitter開源的一種分布式ID生成算法。基于64位數實現，下圖為Snowflake算法的ID構成圖。

第1位置為0。

第2-42位是相對時間戳，通過當前時間戳減去一個固定的歷史時間戳生成。

第43-52位是機器號workerID，每個Server的機器ID不同。

第53-64位是自增ID。

這樣通過時間+機器號+自增ID的組合來實現了完全分布式的ID下發。

在這里，Leaf提供了Java版本的實現，同時對Zookeeper生成機器號做了弱依賴處理，即使Zookeeper有問題，也不會影響服務。Leaf在第一次從Zookeeper拿取workerID后，會在本機文件系統上緩存一個workerID文件。即使ZooKeeper出現問題，同時恰好機器也在重啟，也能保證服務的正常運行。這樣做到了對第三方組件的弱依賴，一定程度上提高了SLA。

號段加載優化：Leaf目前重啟后的第一次請求還是會同步加載MySQL，之所以這么做而非服務初始化加載號段的原因，主要是MySQL中的Leaf Key并非一定都被這個Leaf服務節點所加載，如果每個Leaf節點都在初始化加載所有的Leaf Key會導致號段的大量浪費。因此，未來會在Leaf服務Shutdown時，備份這個服務節點近一天使用過的Leaf Key列表，這樣重啟后會預先從MySQL加載Key List中的號段。

單調遞增：簡易的方式，是只要保證同一時間、同一個Leaf Key都從一個Leaf服務節點獲取ID，即可保證遞增。需要注意的問題是Leaf服務節點切換時，舊Leaf 服務用過的號段需要廢棄。路由邏輯，可采用主備的模型或者每個Leaf Key 配置路由表的方式來實現。

分布式ID生成的方案有很多種，Leaf開源版本提供了兩種ID的生成方式：

號段模式：低位趨勢增長，較少的ID號段浪費，能夠容忍MySQL的短時間不可用。

Snowflake模式：完全分布式，ID有語義。

讀者可以按需選擇適合自身業務場景的ID下發方式。希望美團的方案能給予大家一些幫助，同時也希望各位能夠一起交流、共建。

Leaf項目Github地址：https://github.com/Meituan-Dianping/Leaf 。

如有任何疑問和問題，歡迎提交至Github issues。