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  • C#教程之针对多类型数据库，集群数据库的有序

一、背景

     常见的一种数据库设计是使用连续的整数为做主键，当新的数据插入到数据库时，由数据库自动生成。但这种设计不一定适合所有场景。

     随着越来越多的使用Nhibernate、EntityFramework等ORM（对象关系映射）框架，应用程序被设计成为工作单元（Unit Of Work）模式，需要在数据持久化之前生成主键，为了保证在多线程并发以及站点集群环境中主键的唯一性，最简单最常见的方式是将主键设计成为GUID类型。

     （工作单元：是数据库应用程序经常使用的一种设计模式，简单一点来说，就是对多个数据库操作进行打包，记录对象上的所有变化，并在最后提交时一次性将所有变化通过系统事务写入数据库。目的是为了减少数据库调用次数以及避免数据库长事务。）

     GUID（全球唯一标识符）也称为UUID，是一种由算法生成的二进制长度为128位的数字标识符。在理想情况下，任何计算机和计算机集群都不会生成两个相同的GUID。GUID 的总数达到了2^128（3.4×10^38）个，所以随机生成两个相同GUID的可能性非常小，但并不为0。GUID一词有时也专指微软对UUID标准的实现。

     （RFC 41222描述了创建标准GUID，如今大多数GUID生成算法通常是一个很长的随机数，再结合一些像网络MAC地址这种随机的本地组件信息。）

     GUID的优点允许开发人员随时创建新值，而无需从数据库服务器检查值的唯一性，这似乎是一个完美的解决方案。

     很多数据库在创建主键时，为了充分发挥数据库的性能，会自动在该列上创建聚集索引。

     我们先来说一说什么是聚集索引。集索引确定表中数据的物理顺序。聚集索引类似于电话簿，按姓氏排列数据。由于聚集索引规定数据在表中的物理存储顺序，因此一个表也只能包含一个聚集索引。它能够快速查找到数据，但是如果插入数据库的主键不在列表的末尾，向表中添加新行时就非常缓慢。例如，看下面这个例子，在表中已经存在三行数据：

     

     此时非常简单：数据行按对应ID列的顺序储存。如果我们新添加一行ID为8的数据，不会产生任何问题，新行会追加的末尾。

      

     但如果我们想插入一行的ID为5的数据：

      

     ID为7，8的数据行必须向下移动。虽然在这算什么事儿，但当您的数据量达到数百万行的级别之后，这就是个问题了。如果你还想要每秒处理上百次这种请求，那可真是难上加难了。

     这就是GUID主键引发的问题：它是随机产生的，所以在数据插入时，随时都会涉及到数据的移动，导致插入会很缓慢，还会涉及大量不必要的磁盘活动。总结果有两点：

  • 空间的浪费以及由此带来的读写效率的下降；
  • 更主要的，存储的碎片化以及由此带来的读写效率严重下降。

      GUID最关键的问题就是它是随机的。我们需要设计一种有规则的GUID生成方式，在之后生成的GUID类型总是比之前的要大，保证插入数据库的主键是在列表末尾追加的，这种我们称之为有序GUID。

 

二、GUID排序规则

     在讲解有序GUID之前，我们必须先了解一下GUID在.Net中以及各个数据库中的排序规则，排序规则不一样，生成有序GUID的规则也会随之变化。

     128位的GUID主要有4部分组成：Data1, Data2, Data3, and Data4，你可以看成下面这样：

11111111-2222-3333-4444-444444444444

     Data1占4个字节、Data2占2个字节、 Data3占2个字节、Data4占8个字节。我们分别的对个字节编上序号：

序号 1 2 3 4   5 6   7 8   9 10   11 12 13 14 15 16
Value 11 11 11 11 - 22 22 - 33 33 - 44 44 - 44 44 44 44 44 44

 

 

 

     GUID在.Net中的排序规则

     在.Net中，GUID默认的排序过段规则是按左到右的，看下面这个示例。

复制代码
 1 var list = new List<Guid> {
 2         new Guid("00000000-0000-0000-0000-010000000000"),
 3         new Guid("00000000-0000-0000-0000-000100000000"),
 4         new Guid("00000000-0000-0000-0000-000001000000"),
 5         new Guid("00000000-0000-0000-0000-000000010000"),
 6         new Guid("00000000-0000-0000-0000-000000000100"),
 7         new Guid("00000000-0000-0000-0000-000000000001"),
 8         new Guid("00000000-0000-0000-0100-000000000000"),
 9         new Guid("00000000-0000-0000-0010-000000000000"),
10         new Guid("00000000-0000-0001-0000-000000000000"),
11         new Guid("00000000-0000-0100-0000-000000000000"),
12         new Guid("00000000-0001-0000-0000-000000000000"),
13         new Guid("00000000-0100-0000-0000-000000000000"),
14         new Guid("00000001-0000-0000-0000-000000000000"),
15         new Guid("00000100-0000-0000-0000-000000000000"),
16         new Guid("00010000-0000-0000-0000-000000000000"),
17         new Guid("01000000-0000-0000-0000-000000000000")
18     };
19     list.Sort();
20 
21     foreach (Guid guid in list) {
22         Console.WriteLine(guid.ToString());
23     }
复制代码

     输出结果：

00000000-0000-0000-0000-000000000001
00000000-0000-0000-0000-000000000100
00000000-0000-0000-0000-000000010000
00000000-0000-0000-0000-000001000000
00000000-0000-0000-0000-000100000000
00000000-0000-0000-0000-010000000000
00000000-0000-0000-0010-000000000000
00000000-0000-0000-0100-000000000000
00000000-0000-0001-0000-000000000000
00000000-0000-0100-0000-000000000000
00000000-0001-0000-0000-000000000000
00000000-0100-0000-0000-000000000000
00000001-0000-0000-0000-000000000000
00000100-0000-0000-0000-000000000000
00010000-0000-0000-0000-000000000000
01000000-0000-0000-0000-000000000000

     通过上面的输出结果，我们可以得到排序的权重如下：

序号 1 2 3 4   5 6   7 8   9 10   11 12 13 14 15 16
权重 1 2 3 4   5 6   7 8   9 10   11 12 13 14 15 16
Value 11 11 11 11 - 22 22 - 33 33 - 44 44 - 44 44 44 44 44 44

 

 

 

      这与数字排序规则一致，从右到左进行依次进行排序（数字越小，权重越高，排序的优先级越高）。

     GUID在各个数据库中的排序规则

     在SQL Server数据库中，我们有一种非常简单的方式来比较两个GUID类型的大小值（其实在SQL Server数据库中称为UniqueIdentifier类型）：

复制代码
 1 With UIDs As (--                         0 1 2 3  4 5  6 7  8 9  A B C D E F
 2             Select ID =  1, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-010000000000' as uniqueidentifier)
 3     Union   Select ID =  2, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-000100000000' as uniqueidentifier)
 4     Union   Select ID =  3, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-000001000000' as uniqueidentifier)
 5     Union   Select ID =  4, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-000000010000' as uniqueidentifier)
 6     Union   Select ID =  5, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-000000000100' as uniqueidentifier)
 7     Union   Select ID =  6, UID = cast ('00000000-0000-0000-0000-000000000001' as uniqueidentifier)
 8     Union   Select ID =  7, UID = cast ('00000000-0000-0000-0100-000000000000' as uniqueidentifier)
 9     Union   Select ID =  8, UID = cast ('00000000-0000-0000-0010-000000000000' as uniqueidentifier)
10     Union   Select ID =  9, UID = cast ('00000000-0000-0001-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
11     Union   Select ID = 10, UID = cast ('00000000-0000-0100-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
12     Union   Select ID = 11, UID = cast ('00000000-0001-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
13     Union   Select ID = 12, UID = cast ('00000000-0100-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
14     Union   Select ID = 13, UID = cast ('00000001-0000-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
15     Union   Select ID = 14, UID = cast ('00000100-0000-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
16     Union   Select ID = 15, UID = cast ('00010000-0000-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
17     Union   Select ID = 16, UID = cast ('01000000-0000-0000-0000-000000000000' as uniqueidentifier)
18 )
19 Select * From UIDs Order By UID, ID
复制代码

     查询结果：

ID UID
16 01000000-0000-0000-0000-000000000000
15 00010000-0000-0000-0000-000000000000
14 00000100-0000-0000-0000-000000000000
13 00000001-0000-0000-0000-000000000000
12 00000000-0100-0000-0000-000000000000
11 00000000-0001-0000-0000-000000000000
10 00000000-0000-0100-0000-000000000000
9 00000000-0000-0001-0000-000000000000
8 00000000-0000-0000-0010-000000000000
7 00000000-0000-0000-0100-000000000000
6 00000000-0000-0000-0000-000000000001
5 00000000-0000-0000-0000-000000000100
4 00000000-0000-0000-0000-000000010000
3 00000000-0000-0000-0000-000001000000
2 00000000-0000-0000-0000-000100000000
1 00000000-0000-0000-0000-010000000000

 


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