Java用於生成唯一ID

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 * 用於生成唯一 ID
 * 關於如何在系統中生成唯一性 ID 的問題（如訂單號、批次號等），一直困擾了許久。因爲還要考慮併發的問題，所以時間戳 + 隨機數的組合並不可取，Java 中的 UUID 是一種可取的方法，但它的缺點是序列號太長了，而且沒有可讀性，對用戶來說這麼一堆亂碼是極不友好的。

 　　推特的工程師 snowflake 也提出了一個在分佈式系統中生成唯一序列的方法。SnowFlake 的優點是，效率高，整體上按照時間自增排序，提高了序列號的可讀性，對用戶來說也比較友好，並且整個分佈式系統內不會產生 ID 碰撞(由數據中心 ID 和機器 ID 作區分)。
 2.SnowFlake 算法的 Java 實現
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 * Twitter_Snowflake
 * SnowFlake 的結構如下(每部分用-分開):
 * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000
 * 1 位標識，由於 long 基本類型在 Java 中是帶符號的，最高位是符號位，正數是 0，負數是 1，所以 id 一般是正數，最高位是 0
 * 41 位時間戳(毫秒級)，注意，41 位時間戳不是存儲當前時間的時間戳，而是存儲時間戳的差值（當前時間戳 - 開始時間戳)
 * 得到的值），這裏的的開始時間戳，一般是我們的 id 生成器開始使用的時間，由我們程序來指定的（如下面程序 SnowflakeIdWorker 類的 startTime 屬性）。41 位的時間戳，可以使用 69 年，年 T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69
 * 10 位的數據機器位，可以部署在 1024 個節點，包括 5 位 datacenterId 和 5 位 workerId
 * 12 位序列，毫秒內的計數，12 位的計數順序號支持每個節點每毫秒(同一機器，同一時間戳)產生 4096 個 ID 序號
 * 加起來剛好 64 位，爲一個 Long 型。
 */
public class SnowflakeIdWorker {

    /* 開始時間戳 (2018-03-04) */
    private final long twepoch = 1520148401625L;
    /**
     * 機器id所佔的位數
     */
    private final long workerIdBits = 5L;

    /**
     * 數據標識id所佔的位數
     */
    private final long datacenterIdBits = 5L;

    /**
     * 支持的最大機器id，結果是31 (這個移位算法可以很快的計算出幾位二進制數所能表示的最大十進制數)
     */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    /**
     * 支持的最大數據標識id，結果是31
     */
    private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);

    /**
     * 序列在id中佔的位數
     */
    private final long sequenceBits = 12L;

    /**
     * 機器ID向左移12位
     */
    private final long workerIdShift = sequenceBits;

    /**
     * 數據標識id向左移17位(12+5)
     */
    private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;

    /**
     * 時間戳向左移22位(5+5+12)
     */
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    /**
     * 生成序列的掩碼，這裏爲4095 (0b111111111111=0xfff=4095)
     */
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    /**
     * 工作機器ID(0~31)
     */
    private long workerId;

    /**
     * 數據中心ID(0~31)
     */
    private long datacenterId;

    /**
     * 毫秒內序列(0~4095)
     */
    private long sequence = 0L;

    /**
     * 上次生成ID的時間戳
     */
    private long lastTimestamp = -1L;

//==============================Constructors=====================================

    /**
     * 構造函數
     *
     * @param workerId     工作ID (0~31)
     * @param datacenterId 數據中心ID (0~31)
     */
    public SnowflakeIdWorker(long workerId, long datacenterId) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDatacenterId));
        }
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }

// ==============================Methods==========================================

    /**
     * 獲得下一個ID (該方法是線程安全的)
     *
     * @return SnowflakeId
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();

        //如果當前時間小於上一次ID生成的時間戳，說明系統時鐘回退過這個時候應當拋出異常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        //如果是同一時間生成的，則進行毫秒內序列
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //毫秒內序列溢出
            if (sequence == 0) {
                //阻塞到下一個毫秒,獲得新的時間戳
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        //時間戳改變，毫秒內序列重置
        else {
            sequence = 0L;
        }

        //上次生成ID的時間戳
        lastTimestamp = timestamp;

        //移位並通過或運算拼到一起組成64位的ID
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //
                | (datacenterId << datacenterIdShift) //
                | (workerId << workerIdShift) //
                | sequence;
    }

    /**
     * 阻塞到下一個毫秒，直到獲得新的時間戳
     *
     * @param lastTimestamp 上次生成ID的時間戳
     * @return 當前時間戳
     */
    protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    /**
     * 返回以毫秒爲單位的當前時間
     *
     * @return 當前時間(毫秒)
     */
    protected long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 測試
     */
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("開始：" + System.currentTimeMillis());
        SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
        long id = idWorker.nextId();
        System.out.println(id);
    }
}