SnowFlake雪花算法

snowflake 算法

snowflake 算法是 twitter 开源的分布式 id 生成算法，就是把一个 64 位的 long 型的 id，1 个 bit 是不用的，用其中的 41 bit 作为毫秒数，用 10 bit 作为工作机器 id，12 bit 作为序列号。

• 1 bit：不用，为啥呢？因为二进制里第一个 bit 为如果是 1，那么都是负数，但是我们生成的 id 都是正数，所以第一个 bit 统一都是 0。

• 41 bit：表示的是时间戳，单位是毫秒。41 bit 可以表示的数字多达 2^41 - 1，也就是可以标识 2^41 - 1 个毫秒值，换算成年就是表示 69 年的时间。

• 10 bit：记录工作机器 id，代表的是这个服务最多可以部署在 2^10 台机器上哪，也就是 1024 台机器。但是 10 bit 里 5 个 bit 代表机房 id，5 个 bit 代表机器 id。意思就是最多代表 2^5 个机房（32 个机房），每个机房里可以代表 2^5 个机器（32 台机器）。

• 12 bit：这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同 id，12 bit 可以代表的最大正整数是 2^12 - 1 = 4096，也就是说可以用这个 12 bit 代表的数字来区分同一个毫秒内的 4096 个不同的 id。

0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000000

工具类源代码

package com.ifly.inquiry.base;

/**
 * <p>DESCRIPTION:</p>
 *
 * @author AsiaCui
 * @version: 1.0.0
 * @create 2019-01-22 9:32
 **/
public class IdWorker {

    private long workerId;
    private long datacenterId;
    private long sequence;

    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence) {
        //sanitycheckforworkerId
        //这儿不就检查了一下，要求就是你传递进来的机房id和机器id不能超过32，不能小于0
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("workerIdcan'tbegreaterthan%dorlessthan0", maxWorkerId));
        }
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("datacenterIdcan'tbegreaterthan%dorlessthan0", maxDatacenterId));
        }
        System.out.printf(
                "workerstarting.timestampleftshift%d,datacenteridbits%d,workeridbits%d,sequencebits%d,workerid%d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }

    private long twepoch = 1288834974657L;
    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    //这个是二进制运算，就是5bit最多只能有31个数字，也就是说机器id最多只能是32以内
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    //这个是一个意思，就是5bit最多只能有31个数字，机房id最多只能是32以内
    private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    private long sequenceBits = 12L;
    private long workerIdShift = sequenceBits;
    private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    private long lastTimestamp = -1L;

    public long getWorkerId() {
        return workerId;
    }

    public long getDatacenterId() {
        return datacenterId;
    }

    public long getTimestamp() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    public synchronized long nextId() {
        //这儿就是获取当前时间戳，单位是毫秒
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            System.err.printf("clockismovingbackwards. Rejectingrequestsuntil%d.", lastTimestamp);
            throw new RuntimeException(String.format("Clockmovedbackwards. Refusingtogenerateidfor%dmilliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            //这个意思是说一个毫秒内最多只能有4096个数字
            //无论你传递多少进来，这个位运算保证始终就是在4096这个范围内，避免你自己传递个sequence超过了4096这个范围
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        //这儿记录一下最近一次生成id的时间戳，单位是毫秒
        lastTimestamp = timestamp;
        //这儿就是将时间戳左移，放到41bit那儿；
        //将机房id左移放到5bit那儿；
        //将机器id左移放到5bit那儿；将序号放最后12bit；
        //最后拼接起来成一个64bit的二进制数字，转换成10进制就是个long型
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;
    }

    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    private long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //---------------测试---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1, 1, 1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }
}

怎么说呢，大概这个意思吧，就是说 41 bit 是当前毫秒单位的一个时间戳，就这意思；然后 5 bit 是你传递进来的一个机房 id（但是最大只能是 32 以内），另外 5 bit 是你传递进来的机器 id（但是最大只能是 32 以内），剩下的那个 12 bit 序列号，就是如果跟你上次生成 id 的时间还在一个毫秒内，那么会把顺序给你累加，最多在 4096 个序号以内。

所以你自己利用这个工具类，自己搞一个服务，然后对每个机房的每个机器都初始化这么一个东西，刚开始这个机房的这个机器的序号就是 0。然后每次接收到一个请求，说这个机房的这个机器要生成一个 id，你就找到对应的 Worker 生成。

利用这个 snowflake 算法，你可以开发自己公司的服务，甚至对于机房 id 和机器 id，反正给你预留了 5 bit + 5 bit，你换成别的有业务含义的东西也可以的。

这个 snowflake 算法相对来说还是比较靠谱的，所以你要真是搞分布式 id 生成，如果是高并发啥的，那么用这个应该性能比较好，一般每秒几万并发的场景，也足够你用了。