1. 引言
在分布式系统中，如何保证全局唯一性的ID是一个必须要解决的问题。对于一般的单机系统，我们通常可以使用自增序列等方式来生成唯一的ID。但在分布式系统中，若每个节点都有单独的自增序列，就会造成ID重复的风险。因此，需要找到一种分布式环境下，可以保证生成全局唯一的ID的方案。
2. Redis实现分布式自增ID方案
Redis是一种内存存储数据库，提供了一些原子的命令来实现自增操作，并且可以满足分布式环境下使用。因此，Redis被广泛地应用于分布式系统中实现全局唯一ID的方案。下文将介绍Redis实现分布式自增ID方案的两种方式。
2.1 Redis原子操作实现自增ID
Redis提供的原子操作incr和incrby可以实现对于一个 key 的值自增，对于一个不存在的 key，会被初始化为0。因此，我们可以使用Redis来实现一个全局ID自增器。
redis> incr global:id
(integer) 1
redis> incr global:id
(integer) 2
使用Redis的incr操作可以将一个value自增1。因此可以通过Redis来实现全局唯一的ID自增器，现在我们来实现一个使用Redis实现全局唯一ID分配器的代码：
def generate_id(redis, key='global:id'):
return redis.incr(key)
上述的代码中，我们使用了Python Redis模块提供的incr操作，并且将生成的ID存储在Redis的key上（默认使用key=global:id）。
2.2 Redis分布式锁实现自增ID
在大并发环境下，使用Redis原子操作实现自增ID可能导致Redis性能的瓶颈。因此，我们可以使用Redis的分布式锁来实现自增ID。
Redis的分布式锁原理：
创建key（名称）
把key的值设为自己的标识符，标志自己获得锁（value）
自旋地查询key是否有被其他client获得，如果没有，则可以获得锁
查询后，如果其他client获得了锁，则等待一段时间后（轮询），再次尝试获取锁
释放锁时，删除key即可
def lock(redis, key, timeout=5):
identifier = uuid4()
end = time.time() + timeout
while time.time() < end:
if redis.setnx(key, identifier):
return identifier
time.sleep(0.001)
return False
def unlock(redis, key, identifier):
pipe = redis.pipeline(True)
while True:
try:
# watch the key and lock the pipeline
pipe.watch(key)
if pipe.get(key) == identifier:
# unlock
pipe.multi()
pipe.delete(key)
pipe.execute()
return True
pipe.unwatch()
break
except WatchError:
pass
return False
def generate_id(redis, key='global:id', timeout=10):
identifier = lock(redis, key)
if not identifier:
raise Exception('Cannot acquire lock %s' % key)
try:
return redis.incr(key)
finally:
unlock(redis, key, identifier)
上述代码中，使用Redis的setnx（set if not exists）操作来获取分布式锁，若获取到锁，则进行自增ID操作；若未获取到锁，则等待一段时间后重新尝试获取锁。在自增结束后，需要释放锁，以防止锁一直被占用。
3. 对比
Redis的自增操作和分布式锁两种方式在实现上都相对容简单，但是两者并不是完全等价的。以下是两种方案的对比：
性能： Redis自增方案是一种直接利用Redis原子操作实现的方案，操作简单，因此性能较好。分布式锁方案涉及到更多的IO交互，因此性能更低。
并发性： Redis自增方案不能保证并发时操作的唯一性，存在ID重复的风险。而分布式锁方案可以保证在同一个时刻只有一个客户端持有锁，保证了ID的唯一性。
问题处理： Redis自增方案在出现ID冲突的时候，可以通过reference-counted key标记掉重复的ID。而分布式锁方案可以通过设置操作的重试时间，避免大量的对于锁操作的竞争。
4. 结论
两种方法都可以解决分布式环境下生成全局唯一ID的问题。Redis自增方案性能更好，但是需要对于ID重复进行处理；分布式锁方案可以保证ID的唯一性，但是性能较差。
综上，我们可以根据业务需求和系统架构选择合适的方案。对于高并发的情况，可以考虑使用分布式锁方案，而对于低并发的系统，则可以使用Redis自增方案。