Java 基于 MySQL 行锁实现高并发业务序列号生成器

前言
[一、为什么不直接使用 UUID？](#一、为什么不直接使用 UUID？)
二、为什么不直接使用数据库自增主键？
三、本文实现目标
- [1. 支持自定义业务前缀](#1. 支持自定义业务前缀)
- [2. 序列号固定9位](#2. 序列号固定9位)
- [3. 支持多线程并发生成](#3. 支持多线程并发生成)
- [4. 支持多实例部署](#4. 支持多实例部署)
五、实现方案
[六、service 实现类](#六、service 实现类)
[七、Mapper 、建表语句和 xml](#七、Mapper 、建表语句和 xml)

前言

在企业级应用开发过程中，我们经常会遇到需要生成唯一业务编号的场景，例如：

财务系统中的凭证号、批次号、请求流水号；
订单系统中的订单编号；
支付系统中的交易流水号；
文件上传系统中的文件编号；
第三方接口调用时要求的唯一请求ID。

这些业务编号通常具有以下特点：

必须保证全局唯一

同一个业务场景下，生成的编号不能重复，否则可能导致数据覆盖、财务账务错误、接口幂等失败等严重问题。
需要具备一定业务含义

很多业务系统并不希望使用完全随机的 UUID，而是希望编号中包含一些业务信息。

例如：HX44030010001686XAc000000001

其中：
- HX44030010001686XAc：业务前缀，可以表示公司、业务类型、日期等信息；
- 000000001：递增序列号，用于区分同一批次下的不同数据。
需要支持高并发环境

在生产环境中，应用通常会部署多个实例。

例如：

tex 复制代码

服务实例A
|
|
服务实例B ---> 生成业务编号
|
|
服务实例C

多个线程、多个服务节点可能同时请求生成编号，如果没有正确的并发控制，很容易产生重复编号。

一、为什么不直接使用 UUID？

很多开发人员第一时间想到 UUID：

例如：550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

UUID 确实可以保证较高概率唯一，但是在很多业务场景下并不适合。

原因包括：

(1) . 可读性较差

业务人员看到 UUID 无法快速判断：

哪个系统生成；
哪一天生成；
属于哪个业务批次。

而业务编号：HX44030010001686XAc000000001

可以携带一定业务信息。

(2). 长度较长

UUID：36位

而很多财务系统、第三方接口对于编号长度存在限制。

例如：

最大长度20位
最大长度32位
最大长度64位

UUID 可能不符合要求。

(3). 无法保证递增

很多业务希望编号具有递增特征，例如：

000000001
000000002
000000003

方便：

查询；
排查问题；
对账；
日志追踪。

UUID 不具备这种特性。

二、为什么不直接使用数据库自增主键？

MySQL 自增 ID：

sql 复制代码

AUTO_INCREMENT

确实可以生成：

复制代码

但是它通常只适合作为数据库内部主键。

业务编号往往需要：

指定前缀；
按业务维度重新计数；
不同业务使用不同序列。

例如：

公司A：

复制代码

COMPANY_A000000001
COMPANY_A000000002

公司B：

复制代码

COMPANY_B000000001
COMPANY_B000000002

数据库自增无法满足这种需求。

三、本文实现目标

本文设计并实现一个基于 MySQL 的业务序列号生成器，满足以下要求：

1. 支持自定义业务前缀

例如：

输入：

复制代码

HX44030010001686XAc

生成：

复制代码

HX44030010001686XAc000000001

2. 序列号固定9位

规则：

复制代码

1       -> 000000001

111     -> 000000111

123456789 -> 123456789

最大支持：

复制代码

999999999

即同一个业务前缀最多可以生成：

复制代码

999999999

个唯一编号。

3. 支持多线程并发生成

例如：

100个线程同时请求：

复制代码

generateSeqId("HX44030010001686XAc")

最终结果：

复制代码

HX44030010001686XAc000000001

HX44030010001686XAc000000002

HX44030010001686XAc000000003

...

HX44030010001686XAc000000100

不会出现重复。

4. 支持多实例部署

即使应用部署：

复制代码

服务器A

服务器B

服务器C

多个节点同时生成编号，也能够保证唯一。

五、实现方案

本文采用：

复制代码

MySQL + InnoDB + SELECT FOR UPDATE + Spring事务

实现数据库级别的分布式序列控制。

核心思想：

每一个业务前缀对应数据库中的一条序列记录：

例如：

text 复制代码

seq_key                     current_value

HX44030010001686XAc          100

表示：

复制代码

HX44030010001686XAc
已经生成到第100个编号

生成编号时：

执行：

sql 复制代码

SELECT current_value
FROM generator_seq_id
WHERE seq_key = ?
FOR UPDATE

锁定当前序列记录。

当前事务内：

复制代码

current_value + 1

更新数据库。

格式化生成：

复制代码

000000101

最终拼接：

复制代码

HX44030010001686XAc000000101

为什么选择数据库锁？

相比 Redis 分布式锁或者第三方 ID 服务：

数据库方案具有：

实现简单；
无需额外中间件；
数据可靠持久化；
与业务数据库保持一致。

对于：

财务系统；
ERP系统；
内部管理系统；

这种对唯一性要求高，但生成压力不是百万级 QPS 的场景，非常适合。

六、service 实现类

java 复制代码

package com.somedemo.service;

import com.somedemo.mapper.SeqIdGeneratorMapper;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.transaction.annotation.Propagation;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

import java.util.Locale;

/**
 * 生成seqId生成器。
 *
 * 规则：
 *
 * 前缀长度：1 ~ 20位
 * 序列长度：固定9位
 * 序列范围：000000001 ~ 999999999
 *
 * 示例：
 *
 * prefix:
 * HX44030010001686XAc
 *
 * 第一次：
 * HX44030010001686XAc000000001
 *
 * 第二次：
 * HX44030010001686XAc000000002
 */
@Slf4j
@Component
public class SeqIdGeneratorService {

    /**
     * 前缀最大长度。
     */
    private static final int PREFIX_MAX_LENGTH = 20;

    /**
     * 后缀序列固定长度。
     */
    private static final int SEQUENCE_LENGTH = 9;

    /**
     * 后缀序列最大值。
     */
    private static final int MAX_SEQUENCE_VALUE = 999_999_999;

    @Autowired
    private SeqIdGeneratorMapper seqIdGeneratorMapper;

    /**
     * 生成seqId
     *
     * 使用独立事务的目的：
     *
     * 1. 序列号生成事务与外部业务事务隔离；
     * 2. 一个序列一旦成功生成，就不因为外层业务回滚而重新使用；
     * 3. 避免出现重复 seqId
     */
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW, rollbackFor = Exception.class)
    public String generateSeqId(String prefix) {

        /*
         * 1. 校验前缀
         */
        if (StringUtils.isBlank(prefix)) {
            throw new IllegalArgumentException("生成seqId失败，前缀不能为空");
        }

        String sequenceKey = prefix.trim();

        if (sequenceKey.length() > PREFIX_MAX_LENGTH) {
            throw new IllegalArgumentException("生成SEQID失败，前缀长度不能超过"
                    + PREFIX_MAX_LENGTH + "位，当前长度=" + sequenceKey.length());
        }

        /*
         * 2. 初始化序列。
         *
         * 如果不存在： INSERT current_value = 0
         *
         * 如果已经存在：INSERT IGNORE忽略主键冲突。
         *
         * 并发情况下：
         * 多个线程同时插入相同seq_key时，
         * 最终数据库中也只会存在一条记录。
         */
        seqIdGeneratorMapper.insertIfAbsent(sequenceKey);

        /*
         * 3. SELECT ... FOR UPDATE
         *
         * 对当前 seq_key 对应的数据行加排他锁。
         *
         * 事务提交之前，其他事务针对相同 seq_key 的SELECT FOR UPDATE会等待。
         *
         * 不同seq_key之间互不影响。
         */
        Integer currentValue = seqIdGeneratorMapper.selectCurrentValueForUpdate(sequenceKey);

        if (currentValue == null) {
            throw new IllegalStateException("生成SEQID失败，未查询到序列记录，sequenceKey=" + sequenceKey);
        }

        /*
         * 4. 检查序列是否已经达到最大值。
         *
         * 这里先判断，再执行+1。
         *
         * 比下面这种写法更加安全：
         *
         * int nextValue = currentValue + 1;
         *
         * 因为理论上如果数据库数据异常，currentValue已经达到Integer.MAX_VALUE，直接+1会发生整数溢出。
         *
         */
        if (currentValue >= MAX_SEQUENCE_VALUE) {
            throw new IllegalStateException("SEQID序列已用完，sequenceKey=" + sequenceKey
                            + "，currentValue=" + currentValue + "，maxValue=" + MAX_SEQUENCE_VALUE);
        }

        /*
         * 5. 序列+1
         */
        int nextValue = currentValue + 1;

        /*
         * 6. 更新数据库。
         */
        int updateCount = seqIdGeneratorMapper.updateCurrentValue(sequenceKey, nextValue);

        if (updateCount != 1) {
            throw new IllegalStateException("更新SEQID序列失败，sequenceKey=" + sequenceKey + "，nextValue=" + nextValue);
        }

        /*
         * 7. 固定格式化成9位数字。
         * 例如：
         * 1 -> 000000001
         * 111 -> 000000111
         * 123456789 -> 123456789
         */
        String sequence = String.format(Locale.ROOT, "%0" + SEQUENCE_LENGTH + "d", nextValue);

        String seqId = sequenceKey + sequence;

        log.info("生成财务在线SEQID成功，sequenceKey：{}，currentValue：{}，SEQID：{}", sequenceKey, nextValue, seqId);
        return seqId;
    }
}

七、Mapper 、建表语句和 xml

java 复制代码

package com.somedemo.mapper;

import org.apache.ibatis.annotations.Param;
import org.apache.ibatis.annotations.Mapper;

@Mapper
public interface SeqIdGeneratorMapper {

    /**
     * 如果序列不存在，则初始化为0。
     */
    int insertIfAbsent(@Param("seqKey") String seqKey);

    /**
     * 查询当前序列值，并对当前记录加排他锁。
     */
    Integer selectCurrentValueForUpdate(@Param("seqKey") String seqKey);

    /**
     * 更新当前序列值。
     */
    int updateCurrentValue(@Param("seqKey") String seqKey, @Param("currentValue") Integer currentValue);
}

建表语句：

sql 复制代码

CREATE TABLE generator_seq_id (
    seq_key VARCHAR(32) NOT NULL COMMENT '序列键/前缀，例如HX44030010001686XAc',
    current_value INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '当前序列值，最大999999999',
    update_time DATETIME NOT NULL COMMENT '更新时间',
    PRIMARY KEY (seq_key)
) ENGINE=InnoDB COMMENT='用于生成序列号ID';

xml:

xml 复制代码

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE mapper
        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">

<mapper namespace="com.somedemo.mapper.SeqIdGeneratorMapper">

    <!--
        序列不存在时初始化。
        不存在：  current_value = 0
        已存在： INSERT IGNORE忽略主键冲突。

        在并发情况下，即使多个线程同时执行，  因为seq_key是主键，也只会存在一条记录。
    -->
    <insert id="insertIfAbsent">
        INSERT
        IGNORE INTO generator_seq_id
        (seq_key, current_value, update_time)
        VALUES
        (#{seqKey},0,NOW())
    </insert>


    <!--
        查询当前序列，并对这一行加排他锁。
        注意： SELECT FOR UPDATE必须在事务中执行。
    -->
    <select id="selectCurrentValueForUpdate" resultType="java.lang.Integer">
        SELECT current_value
        FROM generator_seq_id
        WHERE seq_key = #{seqKey}  FOR UPDATE
    </select>


    <!-- 更新当前序列值。 -->
    <update id="updateCurrentValue">
        UPDATE generator_seq_id
        SET current_value = #{currentValue},
            update_time   = NOW()
        WHERE seq_key = #{seqKey}
    </update>

</mapper>

Java 基于 MySQL 行锁实现高并发业务序列号生成器

目录

前言

一、为什么不直接使用 UUID？

二、为什么不直接使用数据库自增主键？

三、本文实现目标

1. 支持自定义业务前缀

2. 序列号固定9位

3. 支持多线程并发生成

4. 支持多实例部署

五、实现方案

六、service 实现类

七、Mapper 、建表语句 和 xml

七、Mapper 、建表语句和 xml