Генератор UUID

Что такое UUID?

UUID (Universally Unique Identifier, Универсальный уникальный идентификатор) — это 128-битное число, используемое для уникальной идентификации информации в компьютерных системах. UUID также называется GUID (Globally Unique Identifier, Глобально уникальный идентификатор).

Характеристики UUID

Уникальность: Вероятность генерации дублирующихся UUID в распределенной системе крайне низка
Стандартизация: Соответствует стандарту RFC 4122
Кроссплатформенность: Может использоваться в различных операционных системах и языках программирования
Децентрализованность: Не требует центрального координирующего органа

Сценарии применения UUID

Первичный ключ базы данных: Используется как первичный ключ в распределенных базах данных
Идентификация файлов: Идентификация файлов в файловой системе
Управление сессиями: Идентификатор сессии в веб-приложениях
Очередь сообщений: Уникальная идентификация сообщений
API интерфейс: Идентификация запросов и ответов API

Детали версий UUID

UUID v1 (на основе времени и узла)

Формат: xxxxxxxx-xxxx-1xxx-yxxx-xxxxxxxxxxxx

Характеристики:

Основан на текущем времени и ID узла (обычно MAC-адрес)
Содержит информацию временной метки, может быть отсортирован по времени
Может раскрывать информацию MAC-адреса

Алгоритм генерации:

// Пример псевдокода
function generateUUIDv1() {
  const timestamp = Date.now();
  const nodeId = getMACAddress();
  const clockSeq = random16Bit();

  return formatUUID(timestamp, clockSeq, nodeId);
}

UUID v3 (на основе пространства имен и MD5)

Формат: xxxxxxxx-xxxx-3xxx-yxxx-xxxxxxxxxxxx

Характеристики:

Основан на MD5-хеше UUID пространства имен и имени
Одинаковое пространство имен и одинаковое имя всегда производят одинаковый UUID
Применимо к сценариям, требующим детерминированные UUID

Алгоритм генерации:

function generateUUIDv3(namespace, name) {
  const namespaceBytes = parseUUID(namespace);
  const nameBytes = Buffer.from(name, 'utf8');
  const hash = crypto
    .createHash('md5')
    .update(Buffer.concat([namespaceBytes, nameBytes]))
    .digest();

  return formatUUIDv3(hash);
}

UUID v4 (случайная генерация)

Формат: xxxxxxxx-xxxx-4xxx-yxxx-xxxxxxxxxxxx

Характеристики:

Полностью случайная генерация
Наиболее часто используемая версия UUID
Не содержит значимой информации

Алгоритм генерации:

function generateUUIDv4() {
  const bytes = crypto.randomBytes(16);
  bytes[6] = (bytes[6] & 0x0f) | 0x40; // Версия 4
  bytes[8] = (bytes[8] & 0x3f) | 0x80; // Вариант

  return formatUUID(bytes);
}

UUID v5 (на основе пространства имен и SHA-1)

Формат: xxxxxxxx-xxxx-5xxx-yxxx-xxxxxxxxxxxx

Характеристики:

Основан на SHA-1-хеше UUID пространства имен и имени
Более безопасен, чем v3 (использует SHA-1 вместо MD5)
Применимо к сценариям, требующим детерминированные UUID

UUID NIL (пустой UUID)

Формат: 00000000-0000-0000-0000-000000000000

Характеристики:

Все биты равны 0
Используется для представления "нет UUID" или "неизвестный UUID"
Используется как значение по умолчанию в дизайне базы данных

Предопределенные пространства имен

Стандартные UUID пространств имен

DNS пространство имен: 6ba7b810-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8
URL пространство имен: 6ba7b811-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8
OID пространство имен: 6ba7b812-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8
X.500 DN пространство имен: 6ba7b814-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8

Пример использования

// Генерация UUID v3 с использованием DNS пространства имен
const dnsNamespace = '6ba7b810-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8';
const uuid = generateUUIDv3(dnsNamespace, 'example.com');
// Результат: 5df41881-3aed-3515-88a7-2f4a814cf09e

API интерфейс

Генерация одиночного UUID

// Генерация UUID v4
const uuid = generateUUID('v4');

// Генерация UUID v1
const uuid = generateUUID('v1');

// Генерация UUID v3
const uuid = generateUUID('v3', {
  namespace: '6ba7b810-9dad-11d1-80b4-00c04fd430c8',
  name: 'example.com',
});

Пакетная генерация UUID

// Пакетная генерация UUID
const uuids = generateMultipleUUIDs('v4', 10);

// Генерация UUID разных версий
const mixedUUIDs = generateMultipleUUIDs(['v1', 'v4', 'v5'], 5);

Валидация UUID

// Валидация формата UUID
const isValid = validateUUID('550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000');

// Получение версии UUID
const version = getUUIDVersion('550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000');

Соображения производительности

Скорость генерации

v4 (случайный): Самый быстрый, примерно 100 000 UUID/сек
v1 (время): Средний, примерно 50 000 UUID/сек
v3/v5 (хеш): Медленнее, примерно 10 000 UUID/сек

Использование памяти

Каждый UUID занимает 16 байт
Обратите внимание на использование памяти при пакетной генерации

Безопасность конкурентности

v4 использует криптографически безопасный генератор случайных чисел
v1 требует обеспечения уникальности последовательности часов

Лучшие практики

Выбор версии UUID

Общее использование: Используйте UUID v4
Требуется временная сортировка: Используйте UUID v1
Требуется детерминированность: Используйте UUID v3 или v5
Первичный ключ базы данных: Рекомендуйте UUID v4

Оптимизация хранения

-- Хранение UUID в PostgreSQL
CREATE TABLE users (
  id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
  name VARCHAR(255)
);

-- Создание индекса
CREATE INDEX idx_users_id ON users(id);

Оптимизация производительности

// Использование пула объектов для уменьшения выделения памяти
const uuidPool = new Array(1000).fill(null).map(() => generateUUIDv4());

// Использование Web Workers для пакетной генерации
const worker = new Worker('uuid-worker.js');
worker.postMessage({ type: 'generate', count: 1000 });