UUIDs verstehen: Ein Leitfaden für Backend-Ingenieure für Nachwuchsentwickler

Einführung

Als Backend-Ingenieure haben wir häufig die Aufgabe, Systeme zu erstellen, die zahlreiche Ressourcen, Benutzer und Entitäten skalieren und verwalten können, von denen jede eine eindeutige Identifizierung benötigt. In vielen Fällen scheint die Verwendung sequenzieller IDs (z. B. 1, 2, 3) eine einfache Lösung zu sein, aber dies kann schnell problematisch werden, wenn Ihre Anwendung wächst und über verteilte Systeme hinweg skaliert. Hier kommen UUIDs (Universally Unique Identifiers) ins Spiel.

In diesem Blogbeitrag beschäftigen wir uns mit Folgendem:

• Was eine UUID ist
• Reale Anwendungsfälle von UUIDs
• So implementieren Sie UUIDs in Python
• Risiken des Ignorierens von UUIDs
• Häufige Fehler bei der Verwendung von UUIDs
• Best Practices für die Verwendung von UUIDs

Was ist eine UUID?

Eine UUID (Universally Unique Identifier) ​​ist eine 128-Bit-Zahl, die zur eindeutigen Identifizierung von Informationen in Computersystemen verwendet wird. Es ist so konzipiert, dass es global eindeutig ist, was bedeutet, dass UUIDs, die unabhängig voneinander in verschiedenen Systemen generiert werden, nicht in Konflikt geraten.

Eine UUID sieht so aus:

66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502

Es besteht aus 32 hexadezimalen Ziffern, die in fünf durch Bindestriche getrennten Gruppen in der Form 8-4-4-4-12 angezeigt werden.

Reale Anwendungsfälle für UUIDs

1. Datenbankschlüssel in verteilten Systemen: In Systemen, in denen verschiedene Datenbanken oder Microservices eindeutige IDs generieren müssen, ohne miteinander zu kommunizieren, sorgen UUIDs für Eindeutigkeit. Beispielsweise kann in einer verteilten E-Commerce-Plattform jeder Dienst unabhängig Bestell- oder Transaktions-IDs generieren, und UUIDs vermeiden Kollisionen.

2. Sitzungs-IDs: UUIDs werden häufig zur Identifizierung von Benutzersitzungen in Webanwendungen verwendet. Sie sind besonders nützlich, wenn Sie Sitzungsinformationen verwalten müssen, ohne sensible oder vorhersehbare Daten preiszugeben.

3. Datei- oder Ressourcenkennungen: Wenn Sie Dateien, Dokumente oder eine beliebige Ressource über verschiedene Plattformen oder Datenbanken hinweg verfolgen müssen, kann jeder Ressource eine UUID zugewiesen werden, um die Suche ohne Risiko zu erleichtern Duplikate.

4. APIs und externe Referenzen: Das Offenlegen aufeinanderfolgender oder leicht zu erratender IDs (z. B. Benutzer/1, Benutzer/2) in einer API kann zu Datenschutzlücken führen. Durch die Verwendung von UUIDs (z. B. user/66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502) reduzieren Sie die Wahrscheinlichkeit, dass Benutzer Ressourcen erraten und darauf zugreifen, die ihnen nicht gehören.

Implementierung von UUIDs in Python

Die UUID-Bibliothek von Python erleichtert das Generieren und Verwalten von UUIDs. So geht's:

import uuid

# Generate a UUID
generated_uuid = uuid.uuid4()
print(f"Generated UUID: {generated_uuid}")

Die Funktion uuid4() generiert eine zufällige UUID basierend auf Zufalls- oder Pseudozufallszahlen, was die am häufigsten in der Webentwicklung verwendete Variante ist.

Beispiel: Verwendung von UUIDs als Primärschlüssel in Datenbanken

Bei der Verwendung von Datenbanken wie PostgreSQL werden häufig UUIDs als Primärschlüssel verwendet. So können Sie es in Python mit SQLAlchemy einrichten:

from sqlalchemy import Column, String
from sqlalchemy.dialects.postgresql import UUID
import uuid
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base

Base = declarative_base()

class User(Base):
    __tablename__ = 'users'

    id = Column(UUID(as_uuid=True), primary_key=True, default=uuid.uuid4, unique=True, nullable=False)
    username = Column(String, nullable=False)

# This will generate a UUID primary key for each new user.

In diesem Beispiel definieren wir das ID-Feld als UUID, um sicherzustellen, dass jeder Benutzer eine eindeutige Kennung hat, die nicht mit anderen Datensätzen in Konflikt steht, auch nicht über verteilte Datenbanken hinweg.

Risiken beim Ignorieren von UUIDs

Das Ignorieren von UUIDs zugunsten sequenzieller oder automatisch inkrementierender IDs kann mehrere Risiken bergen:

1. Sicherheitslücken: Sequentielle IDs sind vorhersehbar, sodass Angreifer problemlos Datensätze aufzählen und vertrauliche Daten entdecken können. Wenn beispielsweise Benutzer-IDs sequentiell sind, könnte ein Angreifer versuchen, andere Benutzer-IDs zu erraten und auf nicht autorisierte Konten zuzugreifen.

2. Datenkollisionen: In einem verteilten System kann die Verwendung automatisch inkrementierender Ganzzahlen zu ID-Kollisionen führen, insbesondere wenn mehrere Dienste oder Datenbanken IDs ohne zentrale Koordination generieren.

3. Probleme bei der Datenmigration und -zusammenführung: Bei der Kombination von Datenbanken oder der systemübergreifenden Migration von Daten können nicht eindeutige sequentielle IDs zu Konflikten führen. UUIDs vermeiden diese Probleme, indem sie Eindeutigkeit garantieren.

Häufige Fehler bei der Verwendung von UUIDs

1. UUIDs als Strings speichern: Ein häufiger Fehler ist das Speichern von UUIDs als Strings, was Platz verschwendet und Abfragen verlangsamen kann, insbesondere in großen Datenbanken. Die meisten modernen Datenbanken wie PostgreSQL verfügen über native UUID-Typen, die UUIDs effizient speichern.

   Falsch:
   

   CREATE TABLE users (
       id VARCHAR(36) PRIMARY KEY
   );
   

   Richtig:
   

   CREATE TABLE users (
       id UUID PRIMARY KEY
   );
   

2. Not Using the Correct UUID Version: There are several versions of UUIDs (e.g., uuid1(), uuid3(), uuid4(), uuid5()), each suited to specific use cases. uuid4(), based on random numbers, is the most commonly used for generating unique IDs in web applications. Be mindful of which version you’re using and whether it fits your needs.

3. Ignoring Collision Possibilities: While UUIDs are designed to be unique, there’s a very small chance of collision. For most applications, the risk is negligible, but if you’re generating billions of UUIDs or operating in highly sensitive environments, you should implement collision detection.

Best Practices for Using UUIDs

1. Use UUIDs for External References: When exposing IDs in URLs or APIs, prefer UUIDs to sequential IDs. This enhances security and makes it harder for users to predict resource IDs.

2. Store UUIDs in Native Formats: Use the database's native UUID type to store UUIDs instead of strings. This reduces storage space and improves query performance.

3. Choose the Right UUID Version: In most cases, uuid4() (random-based UUID) is the best choice for generating unique identifiers in web applications. However, if you need deterministically generated UUIDs, you might consider uuid3() or uuid5() (namespace-based UUIDs).

4. Validate UUIDs: When accepting UUIDs from user input, always validate them to ensure they are properly formatted before processing. In Python, you can use UUID objects to check the validity of a string.
   

def is_valid_uuid(uuid_to_test, version=4):
    try:
        uuid_obj = uuid.UUID(uuid_to_test, version=version)
        return str(uuid_obj) == uuid_to_test
    except ValueError:
        return False

# Example usage
print(is_valid_uuid("66e69275-c6bc-800c-90a6-2f41cb991502"))  # True
print(is_valid_uuid("invalid-uuid-string"))  # False

Conclusion

UUIDs are powerful tools for generating unique identifiers in distributed systems and ensuring security in web applications. They help you avoid issues like data collisions, predictable ID attacks, and ID conflicts during database migrations. By understanding and following best practices for UUIDs, you can build more robust, scalable, and secure backend systems.

Remember to use the appropriate UUID version, store them correctly in your databases, and be mindful of their potential risks. With these tips, you’ll be well-equipped to handle UUIDs effectively in your projects!

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Feel free to comment below if you have any questions or additional tips about UUIDs! Happy coding!

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonUUIDs verstehen: Ein Leitfaden für Backend-Ingenieure für Nachwuchsentwickler. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!