1. Обзор
UUID (универсальный уникальный идентификатор), также известный как GUID (глобальный уникальный идентификатор), представляет собой 128-битное значение, уникальное для всех практических целей. Стандартное представление UUID использует шестнадцатеричные цифры (октеты):
123e4567-e89b-12d3-a456-556642440000
UUID состоит из шестнадцатеричных цифр (по 4 символа каждая) и 4 символов «-», что делает его длину равной 36 символам.
Nil UUID — это особая форма UUID, в которой все биты равны нулю.
В этом руководстве мы рассмотрим класс UUID в Java. Во-первых, мы увидим, как использовать сам класс. Затем мы рассмотрим различные типы UUID и способы их создания в Java.
2. Класс UUID
Класс UUID имеет единственный конструктор:
UUID uuid = new UUID(long mostSignificant64Bits, long leastSignificant64Bits);
Если мы хотим использовать этот конструктор, нам нужно предоставить два длинных значения. Однако это требует, чтобы мы сами создали битовый шаблон для UUID.
Для удобства существует три статических метода создания UUID.
Этот первый метод создает UUID версии 3 из заданного массива байтов:
UUID uuid = UUID.nameUUIDFromBytes(byte[] bytes);
Во-вторых, метод randomUUID() создает UUID версии 4. Это самый удобный способ создания UUID :
UUID uuid = UUID.randomUUID();
Третий статический метод возвращает объект UUID с учетом строкового представления данного UUID:
UUID uuid = UUID.fromString(String uuidHexDigitString);
Давайте теперь посмотрим, как устроен UUID.
3. Структура
Возьмем пример UUID:
123e4567-e89b-42d3-a456-556642440000
xxxxxxxx-xxxx-Bxxx-Axxx-xxxxxxxxxxxx
3.1. Вариант UUID
A представляет вариант, который определяет макет UUID. Все остальные биты в UUID зависят от установки битов в поле варианта. Вариант определяется тремя старшими битами A:
MSB1 MSB2 MSB3
0 X X reserved (0)
1 0 X current variant (2)
1 1 0 reserved for Microsoft (6)
1 1 1 reserved for future (7)
Значение A в упомянутом UUID равно «a». Двоичный эквивалент «a» (=10xx) показывает вариант как 2.
3.2. UUID-версия
B представляет версию. Версия в упомянутом UUID (значение B ) равна 4.
Java предоставляет методы для получения варианта и версии UUID: ``
UUID uuid = UUID.randomUUID();
int variant = uuid.variant();
int version = uuid.version();
Это пять разных версий для варианта 2 UUID: на основе времени (UUIDv1), безопасности DCE (UUIDv2), на основе имени (UUIDv3 и UUIDv5) и случайного (UUIDv4).
Java предоставляет реализацию для v3 и v4, но также предоставляет конструктор для создания UUID любого типа:
UUID uuid = new UUID(long mostSigBits, long leastSigBits);
4. Версии UUID
4.1. Версия 1
UUID версии 1 основан на текущей метке времени, измеренной в единицах 100 наносекунд от 15 октября 1582 года, объединенной с MAC-адресом устройства, на котором создан UUID.
Если вас беспокоит конфиденциальность, UUID версии 1 можно также сгенерировать со случайным 48-битным числом вместо MAC-адреса. В этой статье мы рассмотрим эту альтернативу.
Во-первых, мы сгенерируем 64 младших и старших бита в виде длинных значений:
private static long get64LeastSignificantBitsForVersion1() {
Random random = new Random();
long random63BitLong = random.nextLong() & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFL;
long variant3BitFlag = 0x8000000000000000L;
return random63BitLong + variant3BitFlag;
}
private static long get64MostSignificantBitsForVersion1() {
LocalDateTime start = LocalDateTime.of(1582, 10, 15, 0, 0, 0);
Duration duration = Duration.between(start, LocalDateTime.now());
long seconds = duration.getSeconds();
long nanos = duration.getNano();
long timeForUuidIn100Nanos = seconds * 10000000 + nanos * 100;
long least12SignificatBitOfTime = (timeForUuidIn100Nanos & 0x000000000000FFFFL) >> 4;
long version = 1 << 12;
return
(timeForUuidIn100Nanos & 0xFFFFFFFFFFFF0000L) + version + least12SignificatBitOfTime;
}
Затем мы можем передать эти два значения конструктору UUID:
public static UUID generateType1UUID() {
long most64SigBits = get64MostSignificantBitsForVersion1();
long least64SigBits = get64LeastSignificantBitsForVersion1();
return new UUID(most64SigBits, least64SigBits);
}
4.2. Версия 2
Версия 2 также основана на отметке времени и MAC-адресе. Однако в RFC 4122 не указаны точные детали генерации, поэтому в этой статье мы не будем рассматривать реализацию.
4.3. Версии 3 и 5
UUID генерируются с использованием хэша пространства имен и имени. Идентификаторы пространства имен — это UUID, такие как система доменных имен (DNS), идентификаторы объектов (OID), URL-адреса и т. д.
UUID = hash(NAMESPACE_IDENTIFIER + NAME)
Единственная разница между UUIDv3 и UUIDv5 заключается в алгоритме хэширования — v3 использует MD5 (128 бит), а v5 использует SHA-1 (160 бит).
Проще говоря, мы усекаем полученный хэш до 128 бит, а затем заменяем 4 бита на версию и 2 бита на вариант.
Давайте сгенерируем UUID типа 3:
byte[] nameSpaceBytes = bytesFromUUID(namespace);
byte[] nameBytes = name.getBytes("UTF-8");
byte[] result = joinBytes(nameSpaceBytes, nameBytes);
UUID uuid = UUID.nameUUIDFromBytes(result);
Здесь важно отметить, что шестнадцатеричная строка для пространства имен сначала должна быть преобразована в массив байтов.
Наконец, Java не предоставляет реализацию для типа 5. Проверьте наш репозиторий исходного кода на наличие UUIDv5.
4.4. Версия 4
Реализация UUIDv4 использует в качестве источника случайные числа. Реализация Java — SecureRandom , которая использует непредсказуемое значение в качестве начального значения для генерации случайных чисел, чтобы уменьшить вероятность коллизий.
Давайте сгенерируем UUID версии 4:
UUID uuid = UUID.randomUUID();
Давайте сгенерируем уникальный ключ, используя «SHA-256» и случайный UUID:
MessageDigest salt = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
salt.update(UUID.randomUUID().toString().getBytes("UTF-8"));
String digest = bytesToHex(salt.digest());
5. Вывод
В этой статье мы увидели, как устроен UUID и какие существуют варианты и версии.
Мы также узнали, для каких версий Java предоставляет готовую реализацию, и рассмотрели примеры кода для создания других версий.
И, как всегда, исходный код реализации доступен на GitHub .