SnowFlake 算法 也叫雪花算法
代碼實現：
/**
* Copyright © 2019 dream horse Info. Tech Ltd. All rights reserved.
*
* @Package: com.item.util
* @author: BianPeng
* @date: 2019年4月11日 下午3:13:41
*/
package com.item.util;
import org.apache.commons.lang3.RandomUtils;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.commons.lang3.SystemUtils;
import java.net.Inet4Address;
import java.net.UnknownHostException;
/**
* Twitter_Snowflake<br>
* SnowFlake的結構如下(每部分用-分開):<br>
* 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000 <br>
* 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<br>
* 41位時間截(毫秒級)，注意，41位時間截不是存儲當前時間的時間截，而是存儲時間截的差值（當前時間截 - 開始時間截)
* 得到的值），這裏的的開始時間截，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（如下下面程序IdWorker類的startTime屬性）。41位的時間截，可以使用69年，年T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69<br>
* 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<br>
* 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，同一時間截)產生4096個ID序號<br>
* 加起來剛好64位，爲一個Long型。<br>
* SnowFlake的優點是，整體上按照時間自增排序，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)，並且效率較高，經測試，SnowFlake每秒能夠產生26萬ID左右。
*
* @version: v1.0.0
* @author: BianPeng
* @date: 2019年4月11日
*/
public class SnowflakeIdWorker {
// ==============================Fields===========================================
/** 開始時間截 (2015-01-01) */
private final long twepoch = 1489111610226L;
/** 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;
/** 時間截向左移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的時間截 */
private long lastTimestamp = -1L;
private static SnowflakeIdWorker idWorker;
static {
idWorker = new SnowflakeIdWorker(getWorkId(),getDataCenterId());
}
//==============================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("workerId can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
}
if (dataCenterId > maxDataCenterId || dataCenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("dataCenterId 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的時間截
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的時間截
* @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();
}
private static Long getWorkId(){
try {
String hostAddress = Inet4Address.getLocalHost().getHostAddress();
int[] ints = StringUtils.toCodePoints(hostAddress);
int sums = 0;
for(int b : ints){
sums += b;
}
return (long)(sums % 32);
} catch (UnknownHostException e) {
// 如果獲取失敗，則使用隨機數備用
return RandomUtils.nextLong(0,31);
}
}
private static Long getDataCenterId(){
int[] ints = StringUtils.toCodePoints(SystemUtils.getHostName());
int sums = 0;
for (int i: ints) {
sums += i;
}
return (long)(sums % 32);
}
/**
* 靜態工具類
*
* @return
*/
public static Long generateId(){
long id = idWorker.nextId();
return id;
}
/** 測試 */
public static void main(String[] args) {
System.out.println(System.currentTimeMillis());
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
long id = SnowflakeIdWorker.generateId();
System.out.println(id);
}
System.out.println((System.nanoTime()-startTime)/1000000+"ms");
}
}
SnowFlake 算法，是 Twitter 開源的分佈式 id 生成算法。其核心思想就是：使用一個 64 bit 的 long 型的數字作爲全局唯一 id。這 64 個 bit 中，其中 1 個 bit 是不用的，然後用其中的 41 bit 作爲毫秒數，用 10 bit 作爲工作機器 id，12 bit 作爲序列號。
給大家舉個例子吧，比如下面那個 64 bit 的 long 型數字：
-
第一個部分，是 1 個 bit：0，這個是無意義的。
-
第二個部分是 41 個 bit：表示的是時間戳。
-
第三個部分是 5 個 bit：表示的是機房 id，10001。
-
第四個部分是 5 個 bit：表示的是機器 id，1 1001。
-
第五個部分是 12 個 bit：表示的序號，就是某個機房某臺機器上這一毫秒內同時生成的 id 的序號，0000 00000000。
①1 bit：是不用的，爲啥呢？
因爲二進制裏第一個 bit 爲如果是 1，那麼都是負數，但是我們生成的 id 都是正數，所以第一個 bit 統一都是 0。
②41 bit：表示的是時間戳，單位是毫秒。
41 bit 可以表示的數字多達 2^41 - 1，也就是可以標識 2 ^ 41 - 1 個毫秒值，換算成年就是表示 69 年的時間。
③10 bit：記錄工作機器 id，代表的是這個服務最多可以部署在 2^10 臺機器上，也就是 1024 臺機器。
但是 10 bit 裏 5 個 bit 代表機房 id，5 個 bit 代表機器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 個機房（32 個機房），每個機房裏可以代表 2 ^ 5 個機器（32 臺機器）。
④12 bit：這個是用來記錄同一個毫秒內產生的不同 id。
12 bit 可以代表的最大正整數是 2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是說可以用這個 12 bit 代表的數字來區分同一個毫秒內的 4096 個不同的 id。簡單來說，你的某個服務假設要生成一個全局唯一 id，那麼就可以發送一個請求給部署了 SnowFlake 算法的系統，由這個 SnowFlake 算法系統來生成唯一 id。
這個 SnowFlake 算法系統首先肯定是知道自己所在的機房和機器的，比如機房 id = 17，機器 id = 12。
接着 SnowFlake 算法系統接收到這個請求之後，首先就會用二進制位運算的方式生成一個 64 bit 的 long 型 id，64 個 bit 中的第一個 bit 是無意義的。
接着 41 個 bit，就可以用當前時間戳（單位到毫秒），然後接着 5 個 bit 設置上這個機房 id，還有 5 個 bit 設置上機器 id。
最後再判斷一下，當前這臺機房的這臺機器上這一毫秒內，這是第幾個請求，給這次生成 id 的請求累加一個序號，作爲最後的 12 個 bit。
最終一個 64 個 bit 的 id 就出來了，類似於
這個算法可以保證說，一個機房的一臺機器上，在同一毫秒內，生成了一個唯一的 id。可能一個毫秒內會生成多個 id，但是有最後 12 個 bit 的序號來區分開來。
下面我們簡單看看這個 SnowFlake 算法的一個代碼實現，這就是個示例，大家如果理解了這個意思之後，以後可以自己嘗試改造這個算法。
總之就是用一個 64 bit 的數字中各個 bit 位來設置不同的標誌位，區分每一個 id。