Как написать чрезвычайно эффективный и тестируемый генератор GUID ⇐ C#

[Anonymous]

Я хочу протестировать класс с помощью модульных тестов, чтобы убедиться, что он будет работать правильно в любых обстоятельствах. Класс должен генерировать уникальные результаты независимо от того, где (физическая машина, виртуальная машина, контейнер и т. д.) выполняется класс. Он даже должен генерировать уникальные результаты, если его запускать несколько раз параллельно в одной и той же среде.
Проблема в следующем. Класс является статическим и использует вызов DateTime.Now. Если бы я сделал класс нестатическим и использовал структуру TimeProvider, все было бы хорошо и тестируемо, но... прежде чем начать, вот подвох

• Класс будет вызываться много тысяч раз в секунду. Производственная машина на данный момент является рекордсменом: 151964235 вызовов в секунду за 2 минуты. Статика была выбрана, чтобы не нагружать сборщик мусора.
• Каждое предлагаемое решение должно быть по крайней мере таким же быстрым, как и текущая реализация. Сюда входит фактическое время выполнения решения, время создания объекта и нагрузка на GC.
• Решения должны быть переносимыми и способными работать как на Windows, Linux, так и на Mac.
• Решения должны быть переносимыми и способными работать как на Windows, Linux, так и на Mac.
• li>
  Другие идеи, как сделать это еще быстрее, конечно, очень приветствуются.
• Основное беспокойство вызывает DateTime.Now. О UniqueId и Environment.CurrentManagedThreadId я подумаю позже.

Код: Выделить всё

namespace My.Utils;

using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Security.Cryptography;
using System.Threading;

/// 
///      generates instances of  that are in ascending order.
/// 
/// 
///     It is both unique and ordered.
/// 
public static class SequentialGuid
{
private const uint GuidVersion8 = 0x8000;
private const uint GuidVersion7 = 0x7000;
private const uint Variant = 0x80000000;
private const uint VariantMask = 0xC0000000;
private const uint SequenceRollover = 0x1000;
private static readonly MapperAb EmptyMapperAb = new();
private static readonly MapperCd BaseMapperCd;
private static readonly uint C;
private static long _lastMilliseconds;
private static uint _sequence;
private static SpinLock _spinLock;

static SequentialGuid()
{
_spinLock = new SpinLock(false);
int rnd = RandomNumberGenerator.GetInt32(int.MaxValue);
rnd ^= Environment.MachineName.GetHashCode();
BaseMapperCd.C = (uint)rnd;
BaseMapperCd.C &= ~VariantMask;
BaseMapperCd.C |= Variant;
BaseMapperCd.D = (uint)(Environment.ProcessId ^ rnd);
C = (uint)rnd;
C &= ~VariantMask;
C |= Variant;
}

public static Guid CreateVersion7()
{
return CreateVersion7(DateTimeOffset.UtcNow);
}

public static Guid CreateVersion7(in DateTimeOffset timestamp)
{
var mapperAb = EmptyMapperAb;
GetTicksAndSequence(timestamp, ref mapperAb);
mapperAb.B |= GuidVersion7;

var d = (uint)RandomNumberGenerator.GetInt32(int.MaxValue);
Vector128 vec = Vector128.Create(mapperAb.A, mapperAb.B, C, d).AsByte();
if (BitConverter.IsLittleEndian)
{
Vector128 result = Vector128.Shuffle(vec, Vector128.Create((byte)0, 1, 2, 3, 6, 7, 4, 5, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12));
return Unsafe.As(ref result);
}

return Unsafe.As(ref vec);
}

public static Guid CreateVersion8()
{
return CreateVersion8(DateTimeOffset.UtcNow);
}

public static Guid CreateVersion8(in DateTimeOffset timestamp)
{
var mapperAb = EmptyMapperAb;
GetTicksAndSequence(timestamp, ref mapperAb);
mapperAb.B |= GuidVersion8;

Vector128 vec = Vector128.Create(mapperAb.A, mapperAb.B, BaseMapperCd.C, BaseMapperCd.D).AsByte();
if (BitConverter.IsLittleEndian)
{
Vector128 result = Vector128.Shuffle(vec, Vector128.Create((byte)0, 1, 2, 3, 6, 7, 4, 5, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12));
return Unsafe.As(ref result);
}

return Unsafe.As(ref vec);
}

private static void GetTicksAndSequence(in DateTimeOffset timestamp, ref MapperAb mapperAb)
{
mapperAb.Ticks = timestamp.ToUnixTimeMilliseconds();
ArgumentOutOfRangeException.ThrowIfNegative(mapperAb.Ticks, nameof(timestamp));

var lockTaken = false;
_spinLock.Enter(ref lockTaken);
if (mapperAb.Ticks > _lastMilliseconds)
{
_sequence = 0;
_lastMilliseconds = mapperAb.Ticks;
}
else
{
if (_sequence == SequenceRollover) // rollover will happen, so we increase ticks
{
_sequence = 0;
++_lastMilliseconds;
}

mapperAb.Ticks = _lastMilliseconds;
}

uint b = _sequence++;
if (lockTaken) { _spinLock.Exit();  }

mapperAb.Ticks  Guid.CreateVersion7(); // UUIDv7

[Benchmark]
public Guid BenchmarkUuidV7Custom() => SequentialGuid.CreateVersion7(); // UUIDv7

[Benchmark]
public Guid BenchmarkUuidV8Custom() => SequentialGuid.CreateVersion8(); // UUIDv7
}

Обновление: я изучил UUID v7 в .net9, упомянутый @Fildor. Однако UUID v7 делает почти то же самое, что и я, но значительно медленнее, чем моя реализация.
Обновление: я взглянул на реализацию EF Core 8, упомянутую @PanagiotisKanavos. В этой реализации используется не компонент реального времени, а время инициализации объекта в качестве основы для всех других созданных идентификаторов. Это может быть проблематично в сценарии, когда процессы, использующие этот класс, будут остановлены и запущены снова. Также нет ничего другого, что могло бы гарантировать уникальность.
Обновление: я обновил код своей окончательной реализацией. Эта версия доступна для тестирования в модульных тестах и ​​соответствует реализации Guid.CreateVersion7. Я также создаю CreateVersion8, который может быть предсказуемым, но при этом работает в два раза быстрее.

Подробнее здесь: https://stackoverflow.com/questions/790 ... -generator