Nano ID 生成器

介绍

Nano ID 是一个微型、安全、URL友好的唯一字符串ID生成器。它旨在为分布式系统中的各种应用程序创建紧凑、非顺序且抗碰撞的标识符。此工具允许您生成具有可自定义长度和字符集的Nano ID。

Nano ID 的工作原理

Nano ID 是使用加密强随机数生成器和可自定义字母表生成的。默认实现使用：

• 64个字符的字母表（A-Za-z0-9_-），这是URL友好的
• 21个字符的长度

这种组合提供了ID长度和碰撞概率之间的良好平衡。

生成Nano ID的公式为：

1id = random(alphabet, size)
2

其中 random 是一个函数，从 alphabet 中选择 size 个字符，使用加密安全的随机数生成器。

Nano ID 的组成

自定义选项

1. 长度：您可以调整生成的Nano ID的长度。默认是21个字符，但可以增加以提高唯一性或减少以缩短ID。

2. 字母表：用于生成ID的字符集可以自定义。选项包括：

   • 字母数字（默认）：A-Za-z0-9_-
   • 数字：0-9
   • 字母：A-Za-z
   • 自定义：您定义的任何字符集

安全性和唯一性

Nano ID 旨在：

• 不可预测：它们使用加密强的随机生成器。
• 唯一：在适当长度下，碰撞的概率极低。

碰撞概率取决于ID长度和生成的ID数量。碰撞的概率可以使用以下公式计算：

1P(collision) = 1 - e^(-k^2 / (2n))
2

其中：

• k 是生成的ID数量
• n 是可能的ID数量（字母表长度 ^ Nano ID 长度）

例如，使用默认设置（64个字符字母表，21个字符长度），您需要生成约1.36e36个ID才能有1%的碰撞概率。为了更好地理解这一点：

• 以每秒生成100万个ID的速度，大约需要433年才能有1%的碰撞概率。
• 在大多数实际应用中，您更有可能多次赢得彩票，而不是遇到Nano ID碰撞。

用例

Nano ID 适用于许多应用，包括：

1. 数据库记录ID
2. URL缩短器
3. Web应用中的会话ID
4. 临时文件名
5. 难以协调的分布式系统

与其他ID方法的比较

历史与发展

Nano ID 由 Andrey Sitnik 于2017年创建，作为UUID的更紧凑替代品。它旨在易于在各种编程语言和环境中使用，重点关注Web应用程序。

代码示例

以下是在不同编程语言中生成Nano ID的示例：

1// JavaScript
2import { nanoid } from 'nanoid';
3const id = nanoid(); // => "V1StGXR8_Z5jdHi6B-myT"
4

1## Python
2import nanoid
3id = nanoid.generate() # => "kqTSU2WGQPJzuWxfifTRX"
4

1## Ruby
2require 'nanoid'
3id = Nanoid.generate # => "7nj0iuNXoE0GnQNuH3b7v"
4

1// Java
2import com.aventrix.jnanoid.jnanoid.NanoIdUtils;
3String id = NanoIdUtils.randomNanoId(); // => "ku-gFr4Zx9QpfvLtO_8LH"
4

1// C#
2using Nanoid;
3var id = Nanoid.Generate(); // => "xGx2iKPNOEpGQBgJKU-Ow"
4

1// PHP
2<?php
3use Hidehalo\Nanoid\Client;
4$client = new Client();
5$id = $client->generateId(); // => "V1StGXR8_Z5jdHi6B-myT"
6?>
7

1// Rust
2use nanoid::nanoid;
3let id = nanoid!(); // => "V1StGXR8_Z5jdHi6B-myT"
4

1// Go
2import "github.com/matoous/go-nanoid/v2"
3id, err := gonanoid.New() // => "V1StGXR8_Z5jdHi6B-myT"
4

1// Swift
2import NanoID
3let id = NanoID.new() // => "V1StGXR8_Z5jdHi6B-myT"
4

最佳实践

1. 根据您的唯一性要求选择适当的长度。
2. 使用加密安全的随机数生成器。
3. 如果使用自定义字母表，请确保它们具有足够的熵。
4. 在数据库中将Nano ID存储为字符串，而不是整数。
5. 在Nano ID列上使用索引以提高查询效率。

限制和注意事项

• Nano ID 不是顺序的，这可能会影响某些情况下的数据库性能。
• 它们不是人类可读的或按生成时间排序的。
• 自定义字母表可能会影响碰撞概率，应谨慎选择。

在Web应用中实现Nano ID生成器

要在Web应用中实现Nano ID生成器：

1. 为您的后端语言安装Nano ID库。
2. 创建一个生成并返回Nano ID的API端点。
3. 使用客户端JavaScript在需要时调用API。

示例Express.js实现：

1const express = require('express');
2const { nanoid } = require('nanoid');
3
4const app = express();
5
6app.get('/generate-id', (req, res) => {
7  const id = nanoid();
8  res.json({ id });
9});
10
11app.listen(3000, () => console.log('Server running on port 3000'));
12

性能影响

Nano ID生成通常非常快速。在典型计算机上，它可以每秒生成数百万个ID。然而，请考虑以下几点：

• 生成速度可能因使用的随机数生成器而异。
• 自定义字母表或更长的长度可能会稍微影响性能。
• 在高负载系统中，考虑批量生成ID。

碰撞概率和缓解

为了减轻碰撞风险：

1. 根据更高的唯一性要求增加Nano ID长度。
2. 在应用程序逻辑中实现碰撞检查。
3. 如果可能，使用更大的字母表。

在数据库中存储和索引Nano ID

在数据库中处理Nano ID时：

1. 将它们存储为 VARCHAR 或等效的字符串类型。
2. 使用Nano ID的完整长度以确保唯一性。
3. 在Nano ID列上创建索引以加快查找速度。
4. 考虑使用唯一约束以防止在数据库级别的重复。

创建包含Nano ID的表的示例SQL：

1CREATE TABLE users (
2  id VARCHAR(21) PRIMARY KEY,
3  name VARCHAR(100),
4  email VARCHAR(100)
5);
6
7CREATE INDEX idx_users_id ON users (id);
8

通过遵循这些指南并理解Nano ID的特性，您可以有效地在应用程序中实现和使用它们，以生成紧凑、唯一的标识符。

参考文献

1. "Nano ID." GitHub, https://github.com/ai/nanoid. 访问于2024年8月2日。
2. "UUID." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Universally_unique_identifier. 访问于2024年8月2日。
3. "碰撞概率计算器。" Nano ID 碰撞计算器, https://zelark.github.io/nano-id-cc/. 访问于2024年8月2日。
4. "ULID 规范。" GitHub, https://github.com/ulid/spec. 访问于2024年8月2日。
5. "KSUID：K可排序全局唯一ID。" GitHub, https://github.com/segmentio/ksuid. 访问于2024年8月2日。
6. "ObjectID。" MongoDB 手册, https://docs.mongodb.com/manual/reference/method/ObjectId/. 访问于2024年8月2日。