P7领导建议:可以用UUIDv7作为数据库主键

我们提到分布式主键ID的时候，可能都会想到UUID，比如在设计数据库主键的时候。但是可能最终都不会考虑它。但是呢，最近领导却建议说，可以考虑它作为数据库主键了，因为UUIDv7的出现~~

一、传统 UUID 作为主键的缺点

传统 UUID（尤其是 v4）的 完全随机性 是其作为数据库主键的“原罪”：

无序性 (最主要问题):

• 数据库索引（尤其是 B+Tree）依赖主键顺序插入新记录效率最高。
• UUID 随机生成，插入位置不确定，导致索引树频繁分裂和重组，大幅降低写入性能。
• 破坏聚簇索引（如 InnoDB）的物理存储顺序，增加磁盘 I/O。
• 范围查询和排序效率低下，性能低下。

存储空间大：

占用存储空间是自增整数（如 64位 BigInt）的 2倍。

导致索引更大，占用更多内存/磁盘，缓存效率降低，查询变慢

二、UUIDv7 的核心突破：时间有序性架构设计

UUIDv7 的革新性在于将 时间戳嵌入最高有效位（Most Significant Bits），实现了全局单调递增。其 128 位结构如下：

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
┌─────────────────────┬─────┬─────┬─────────────────────────────┐
│   Unix毫秒时间戳    │ Ver │Var  │          随机位            │
│      (48位)         │(4) │(2) │          (74位)            │
└─────────────────────┴─────┴─────┴─────────────────────────────┘

设计关键点解析：

• 高精度时间前缀（48位）：精确到毫秒的 Unix 时间戳，确保 ID 严格按时间递增（需 NTP 时钟同步）。
• 尾部随机位（74位）：保证分布式唯一性，避免 v1 的 MAC 地址泄露风险。

有序性如何解决性能问题？

• B+树索引优化

新生成的 UUIDv7 总是大于之前的值，因此被追加到索引尾部，避免中间节点分裂。

• 缓冲池友好顺序写入使新记录集中在少数数据页。当页写满时，数据库只需分配新页追加，减少旧页淘汰与磁盘I/O。

• 范围查询加速时间有序性使 WHERE id > '2025-06-01' 可转化为 时间戳范围过滤，大幅降低扫描范围

三、UUIDv7 和其他版本的横向对比

四、项目实战：如何使用 UUIDv7？

• 生成 UUIDv7

import com.github.f4b6a3.uuid.UuidCreator;


public class UuidUtils {
    public static UUID generateUuidV7() {
        return UuidCreator.getTimeOrdered(); // 生成 UUIDv7
    }
    


     // 转为数据库存储格式
    public static byte[] toBytes(UUID uuid) {
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(new byte[16]);
        bb.putLong(uuid.getMostSignificantBits());
        bb.putLong(uuid.getLeastSignificantBits());
        return bb.array();
    }
    


    // 从数据库读取转换
    public static UUID fromBytes(byte[] bytes) {
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(bytes);
        return new UUID(bb.getLong(), bb.getLong());
    }
    


}


// 使用示例
UUID id = UuidService.generateUuidV7();

• 数据库作为主键

CREATE TABLE users (
    id BINARY(16) PRIMARY KEY, -- 二进制存储 UUID
    name VARCHAR(50) NOT NULL,
    email VARCHAR(100)
);

• 插入数据库和查询

// 插入数据
UUID userId = UuidUtils.generateUuidV7();
String sql = "INSERT INTO users (id, name) VALUES (?, ?)";


try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql)) {
    ps.setBytes(1, UuidUtils.toBytes(userId)); 
    ps.setString(2, "John Doe");
    ps.executeUpdate();
}


// 查询数据
String query = "SELECT * FROM users WHERE id = ?";
try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(query)) {
    ps.setBytes(1, UuidUtils.toBytes(userId));
    ResultSet rs = ps.executeQuery();
    while (rs.next()) {
        UUID id = UuidUtils.fromBytes(rs.getBytes("id"));
        String name = rs.getString("name");
    }
}

五、关于UUIDv7 常见问题解答

1、UUIDv7到底会不会重复

极低概率，可视为唯一

UUIDv7由48位毫秒级Unix时间戳（约8.5万年后才会耗尽） + 74位随机数组成，总组合数达2^122（约5.3×10^36）。即使每秒生成10亿个UUID，重复概率也远低于10^-15，理论上可忽略。

极端场景，若系统时钟回拨且在同一毫秒内生成大量UUID（超过2^74个），可能冲突，但实际中几乎不可能发生。

2、什么是时钟回拨？对UUIDv7有何影响？

• 原因：服务器时间因NTP同步错误、电源波动、虚拟机宿主机调整等意外回退。
• 
  
• 问题：时钟回拨后，新生成的UUIDv7时间戳可能小于前值，若回拨期间随机数碰撞则可能重复
• 
  
• 如何解决呢？

1）预防措施：

• 使用冗余时钟源：如GPS+原子钟+NTP多层级同步，减少单点故障。
• 监控时钟漂移：通过Kalman滤波等算法实时修正时间偏差。
• 避免虚拟机时钟漂移：优先部署于物理机。

2）生成时容错：

• 时间戳延续：检测到回拨时，延续最后记录的时间戳直至超过回拨区间。
• 随机数扩容：回拨期间扩展随机数位数（如占用预留位），降低碰撞概率

作者丨捡田螺的小男孩

来源丨公众号：捡田螺的小男孩（ID：gh_3d11c9893ca0）

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