UUID 生成器
生成的 UUID
UUID 生成器
引言
通用唯一标识符 (UUID) 是一种 128 位数字，用于在计算机系统中标识信息。UUID 由开放软件基金会 (OSF) 标准化，作为分布式计算环境 (DCE) 的一部分。这些标识符旨在在空间和时间上都是唯一的，使其非常适合在分布式系统及其他应用中的各种场景。
此 UUID 生成器工具允许您创建版本 1（基于时间）和版本 4（随机）UUID。这些标识符在需要唯一标识的各种场景中非常有用，例如数据库键、分布式系统和网络协议。
UUID 的工作原理
UUID 结构
UUID 通常表示为 32 个十六进制数字，显示为五组，用连字符分隔，形式为 8-4-4-4-12，总共 36 个字符（32 个字母数字字符和 4 个连字符）。例如：
550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000
UUID 的 128 位被分为特定字段，每个字段根据 UUID 版本携带不同的信息：
- 32 位用于 time_low 字段
- 16 位用于 time_mid 字段
- 16 位用于 time_hi_and_version 字段
- 8 位用于 clock_seq_hi_and_reserved 字段
- 8 位用于 clock_seq_low 字段
- 48 位用于 node 字段
以下是说明 UUID 结构的图示：
UUID 版本
UUID 有几个版本，每个版本都有其自己的生成方法：
- 版本 1（基于时间）：使用当前时间戳和计算机的 MAC 地址。
- 版本 2（DCE 安全）：类似于版本 1，但包含本地域标识符。
- 版本 3（基于名称，MD5）：通过对命名空间标识符和名称进行哈希生成。
- 版本 4（随机）：使用随机或伪随机数生成。
- 版本 5（基于名称，SHA-1）：类似于版本 3，但使用 SHA-1 哈希。
此工具专注于生成版本 1 和版本 4 UUID。
公式
版本 1 UUID 生成
版本 1 UUID 的生成使用以下组件：
- 时间戳：一个 60 位值，表示自 1582 年 10 月 15 日（格里历改革的日期）以来的 100 纳秒间隔数。
- 时钟序列：一个 14 位值，用于避免在时钟向后设置时的重复。
- 节点：一个 48 位值，通常来自计算机的 MAC 地址。
生成版本 1 UUID 的公式可以表示为：
UUID = (timestamp * 2^64) + (clock_sequence * 2^48) + node
版本 4 UUID 生成
版本 4 UUID 是使用加密强随机数生成器生成的。公式简单为：
UUID = random_128_bit_number
特定位被设置为指示版本（4）和变体。
用例
UUID 在计算机科学和软件工程的各个领域有许多应用：
-
数据库键：UUID 通常用作数据库中的主键，尤其是在多个节点可能同时生成记录的分布式系统中。
-
分布式系统：在大规模分布式系统中，UUID 有助于唯一标识多个节点或数据中心中的资源、事务或事件。
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内容寻址：UUID 可用于在内容寻址存储系统中创建内容的唯一标识符。
-
会话管理：Web 应用程序通常使用 UUID 来管理用户会话，确保每个会话都有唯一标识符。
-
物联网设备识别：在物联网 (IoT) 应用中，UUID 可用于唯一标识网络中的单个设备。
替代方案
虽然 UUID 被广泛使用，但还有其他生成唯一标识符的方法：
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自增 ID：简单且常用于单一数据库系统，但不适合分布式环境。
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基于时间的 ID：对于时间顺序数据可能有用，但在高并发场景中可能面临冲突问题。
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雪花 ID：由 Twitter 开发，这些 ID 结合了时间戳和工作编号，以在分布式系统中生成唯一 ID。
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ULID（通用唯一按字典顺序可排序标识符）：一种较新的替代方案，旨在比 UUID 更加人性化和可排序。
历史
UUID 的概念最早是在阿波罗网络计算系统中引入的，后来在 1990 年代由开放软件基金会 (OSF) 标准化。最初的规范于 1997 年作为 ISO/IEC 11578:1996 发布，随后在 2005 年作为 ISO/IEC 9834-8:2005 修订。
UUID 历史上的关键里程碑：
- 1980 年代：阿波罗计算机为其网络计算系统开发 UUID 概念。
- 1997 年：第一个 UUID 规范作为 ISO/IEC 11578:1996 发布。
- 2005 年：UUID 规范修订并作为 ISO/IEC 9834-8:2005 发布。
- 2009 年：RFC 4122 定义了今天使用的 UUID 格式和生成算法。
随着时间的推移，UUID 已成为分布式系统和数据库设计中的重要工具，在不同编程语言和平台中有各种实现和适应。
代码示例
以下是用各种编程语言生成 UUID 的示例：
import uuid
## 生成版本 4（随机）UUID
random_uuid = uuid.uuid4()
print(f"版本 4 UUID: {random_uuid}")
## 生成版本 1（基于时间）UUID
time_based_uuid = uuid.uuid1()
print(f"版本 1 UUID: {time_based_uuid}")
参考文献
- Leach, P., Mealling, M., & Salz, R. (2005). A Universally Unique IDentifier (UUID) URN Namespace. RFC 4122. https://tools.ietf.org/html/rfc4122
- 国际标准化组织. (2005). 信息技术 – 开放系统互联 – OSI 注册机构操作程序：通用唯一标识符 (UUID) 的生成和注册及其作为 ASN.1 对象标识符组件的使用。ISO/IEC 9834-8:2005. https://www.iso.org/standard/62795.html
- 通用唯一标识符. (2023). 在维基百科中. https://en.wikipedia.org/wiki/Universally_unique_identifier
- 雪花 ID. (2023). 在维基百科中. https://en.wikipedia.org/wiki/Snowflake_ID
- ULID 规范. (n.d.). GitHub. https://github.com/ulid/spec