从大范围的数字中分配数字的最佳解决方案是什么？

Question

需求说明

有一个数字为1 - 160 000 000的游泳池。

创建obj时，需要为obj分配一个数字。有一些规则

1. 池中的数字
2. 其他obj未采用的号码

用户有时也会指定一个用于创建obj的数字。

下面是一些解决方案，每个都有自己的问题，所以我希望有一些更好的解决方案

请注意我们在这里使用mongo DB。我不想更改数据库，因为这是一个问题。

解决方案1 ​​

生成一个包含160,000,000个项目的大表（集合）。 该集合的结构是

number,allocated

分配号码时，使用find_one_and_update方法更新一条记录，将分配的值从false更改为true

问题

此解决方案的问题是生成160,000,000的集合太重

解决方案2

与解决方案1类似，但我们一次不生成160,000,000。相反，我们每次生成1000。当这1000条记录用完时，我们再生成1000条

问题

问题是用户有时可以指定数字。例如，我们在集合中生成1000条记录，但是使用想要使用数字5000。所以这就是问题，因为我们没有生成它

解决方案3

每次我们创建一个obj时，我们会在1-160,000,000之间为该obj生成一个随机数，并将其保存在数据库中。

问题

很难避免先前未使用您生成的随机数

Answer 1

通常的方法是使用（Sharded）原子计数器。计数器最初的值为零。当需要索引时，应该调用一个API，它将自动递增此计数器并给出其旧值。

虽然这可能比您提到的方法快得多，但根据您的需要，这可能仍然不够快。上述情况中的瓶颈是在使增量原子化时通常使用的单锁。这在某些分布式情况下并不理想。

使用分片计数器

在这种分布式方案中提高性能的常用方法是使用分片计数器：

1. 对计数器进行分片（将值1..160,000,000的范围划分为N个不相交的范围。）
2. 在具有N个不同锁的N个线程/进程/实体/机器中运行相同的原子增量服务。
3. 基于某些属性（可能是对象的地址或对象的散列），选择其中一个范围（在分布式系统中，您可以使用分布式散列）
4. 询问（2）中提到的适当服务以获取下一个索引。

上述内容会提高性能N - 折叠，可能会扩展到您的应用需求。

关于分片计数器的一些有趣读物是link。

请注意，如果要使用随机数生成（解决方案3），则可以使用Bloom Filters优化查找密钥的存在。根据您的性能需求，这可能就足够了。