Trong thế giới kỹ thuật số ngày nay, việc xác định thông tin một cách duy nhất là rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng và hệ thống. Đó là lúc UUID xuất hiện, cung cấp một giải pháp mạnh mẽ và linh hoạt cho bài toán nhận dạng.
UUID là gì?
Một UUID (Universally Unique Identifier), hay còn được gọi là mã định danh độc nhất toàn cầu, là một nhãn 128 bit được sử dụng trong các hệ thống máy tính để xác định thông tin một cách duy nhất. UUID được thiết kế để đảm bảo tính duy nhất về mặt không gian và thời gian, cho phép chúng được tạo độc lập mà không cần một cơ quan trung tâm, giảm thiểu nguy cơ trùng lặp.
UUID phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm:
- Xác định bản ghi trong cơ sở dữ liệu.
- Gắn thẻ các đối tượng trong hệ thống phân tán.
- Làm khóa chính trong các ứng dụng mà tính duy nhất là rất quan trọng.
Ứng dụng của UUID trong thực tế
- Cơ sở dữ liệu: UUID được sử dụng làm khóa chính trong cơ sở dữ liệu quan hệ để đảm bảo việc xác định duy nhất các bản ghi.
- Microservices: Tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp dịch vụ bằng cách cung cấp mã định danh duy nhất cho các yêu cầu và tài nguyên.
- Thiết bị IoT: Xác định duy nhất các thiết bị trong mạng, đảm bảo rằng dữ liệu từ nhiều nguồn có thể được tổng hợp mà không có xung đột.
Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng UUID
1. Về ưu điểm
- Tính duy nhất toàn cầu: UUID rất khó xảy ra va chạm, khiến chúng phù hợp cho các hệ thống phân tán, nơi nhiều nút tạo mã định danh độc lập.
- Không yêu cầu cơ quan trung tâm: Chúng có thể được tạo ra mà không cần phối hợp, điều này đơn giản hóa các hoạt động trong môi trường phân tán.
- Khả năng mở rộng: Chúng hoạt động tốt trong các hệ thống yêu cầu khả năng mở rộng trên nhiều máy chủ hoặc dịch vụ.
2. Về nhược điểm
- Kích thước lưu trữ: UUID tiêu tốn nhiều dung lượng lưu trữ hơn (128 bit) so với ID số nguyên truyền thống (thường là 32 bit), có thể dẫn đến tăng chi phí lưu trữ.
- Vấn đề về hiệu suất: Việc lập chỉ mục UUID có thể làm giảm hiệu suất của cơ sở dữ liệu do tính ngẫu nhiên và kích thước của chúng, dẫn đến thời gian truy vấn chậm hơn so với ID tuần tự.
- Không thân thiện với người dùng: UUID không dễ nhớ hoặc thân thiện với người dùng khi được trình bày trong giao diện người dùng.
Tiêu chuẩn UUID
Biểu diễn tiêu chuẩn của UUID bao gồm 32 ký tự thập lục phân được chia thành năm nhóm, được phân tách bằng dấu gạch ngang, theo định dạng 8-4-4-4-12, tạo thành tổng cộng 36 ký tự (32 chữ số và chữ cái cộng với 4 dấu gạch ngang).
Định dạng UUID có thể được hình dung như sau:
xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx
Trong đó:
- M cho biết phiên bản UUID.
- N cho biết biến thể, giúp giải thích bố cục của UUID.
Các thành phần của UUID
- TimeLow: 4 byte (8 ký tự hex) đại diện cho trường thấp của dấu thời gian.
- TimeMid: 2 byte (4 ký tự hex) đại diện cho trường giữa của dấu thời gian.
- TimeHighAndVersion: 2 byte (4 ký tự hex) bao gồm số phiên bản và trường cao của dấu thời gian.
- ClockSequence: 2 byte (4 ký tự hex) được sử dụng để giúp tránh xung đột, đặc biệt là khi nhiều UUID được tạo ra liên tiếp nhanh chóng hoặc nếu đồng hồ hệ thống được điều chỉnh.
- Node: 6 byte (12 ký tự hex), thường đại diện cho địa chỉ MAC của nút tạo.
Các loại UUID
- Phiên bản 1: UUID dựa trên thời gian sử dụng kết hợp dấu thời gian hiện tại và địa chỉ MAC của nút tạo. Phiên bản này đảm bảo tính duy nhất trên không gian và thời gian.
- Phiên bản 2: Tương tự như phiên bản 1 nhưng bao gồm mã định danh miền cục bộ; tuy nhiên, nó ít được sử dụng hơn do những hạn chế của nó.
- Phiên bản 3: UUID dựa trên tên được tạo bằng cách sử dụng hàm băm MD5 của mã định danh không gian tên và tên.
- Phiên bản 4: UUID được tạo ngẫu nhiên cung cấp tính ngẫu nhiên và tính duy nhất cao, chỉ với một vài bit được dành riêng cho việc phiên bản.
- Phiên bản 5: Giống như phiên bản 3 nhưng sử dụng SHA-1 để băm, làm cho nó an toàn hơn phiên bản 3.
Các biến thể
Trường biến thể trong UUID xác định bố cục và cách hiểu của nó. Các biến thể phổ biến nhất bao gồm:
- Biến thể 0: Dành riêng cho khả năng tương thích ngược NCS.
- Biến thể 1: Bố cục tiêu chuẩn được sử dụng cho hầu hết các UUID.
- Biến thể 2: Được sử dụng cho DCE Security UUID, ít phổ biến hơn.
- Biến thể 3: Dành riêng cho các định nghĩa trong tương lai.
Ví dụ: Đối với Phiên bản 4, UUID có thể trông như thế này:
550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000
Trong đó:
- 41d4 cho biết đó là phiên bản 4.
- a7 đại diện cho biến thể, trong trường hợp này là biến thể "Leach-Salz" phổ biến.
Cách tính toán UUID
1. Phiên bản 1 (Dựa trên thời gian):
- Dấu thời gian thường là số khoảng thời gian 100 nano giây kể từ ngày 15 tháng 10 năm 1582 (ngày cải cách lịch Gregorian).
- Nút là địa chỉ MAC của máy tạo UUID.
- Chuỗi đồng hồ giúp đảm bảo tính duy nhất khi thời gian đồng hồ thay đổi (ví dụ: do khởi động lại hệ thống).
2. Phiên bản 3 và Phiên bản 5 (Dựa trên tên):
- Không gian tên (như miền DNS) được kết hợp với một tên (như đường dẫn tệp hoặc URL) và được băm.
- Hàm băm (MD5 cho phiên bản 3, SHA-1 cho phiên bản 5) sau đó được cấu trúc thành định dạng UUID, đảm bảo các trường phiên bản và biến thể được đặt đúng cách.
3. Phiên bản 4 (Dựa trên ngẫu nhiên):
- Các số ngẫu nhiên hoặc giả ngẫu nhiên được tạo cho 122 bit của UUID.
- Các trường phiên bản và biến thể được đặt tương ứng, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn UUID.
Ví dụ về tính toán UUIDv4
Bước 1: Tạo 128 bit ngẫu nhiên
Giả sử chúng ta tạo giá trị ngẫu nhiên 128 bit sau:
11001100110101101101010101111010101110110110111001011101010110110101111011010011011110100100101111001011
Bước 2: Áp dụng Phiên bản và Biến thể UUIDv4
1. Phiên bản: Thay thế bit 12-15 (ký tự thứ 4) bằng 0100 (đối với UUID phiên bản 4).
Bản gốc: 1100 trở thành 0100 → Giá trị được cập nhật ở vị trí này.
2. Biến thể: Thay thế bit 6-7 của byte thứ 9 bằng 10 (đối với biến thể RFC 4122).
Bản gốc: 11 trở thành 10 → Giá trị được cập nhật ở vị trí này.
Bước 3: Định dạng thành thập lục phân
Chuyển đổi nhị phân 128 bit thành 5 nhóm thập lục phân:
- Nhóm 32 bit: 11001100110101101101010101111010 → ccda55ba
- Nhóm 16 bit: 1011101101101110 → b76e
- Nhóm 16 bit: 0100010101000101 → 4545 (với 0100 cho phiên bản 4)
- Nhóm 16 bit: 1010110111110010 → adf2 (với 10 cho biến thể)
- Nhóm 48 bit: 11010011011110100100101111001011 → d39d25cb
Bước 4: Kết hợp các nhóm
UUID cuối cùng sẽ trông như thế này:
ccda55ba-b76e-4545-adf2-d39d25cb
Hy vọng qua bài viết này, các bạn có thể hiểu rõ hơn về UUID và ứng dụng của nó.