MiniMall：分佈式id生成器，雪花算法瞭解一下

分佈式系統中，有一些需要使用全局唯一ID的場景，這種時候爲了防止ID衝突可以使用36位的UUID，但是UUID有一些缺點，首先他相對比較長，另外UUID一般是無序的。

有些時候我們希望能使用一種簡單一些的ID，並且希望ID能夠按照時間有序生成。而Twitter的SnowFlake算法解決了這種需求，並且該算法生成id的效率是極高的。

1. SnowFlake

SnowFlake算法產生的ID是一個64位的整型，結構如下（每一部分用“-”符號分隔）：

0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000

1位標識部分，在java中由於long的最高位是符號位，正數是0，負數是1，一般生成的ID爲正數，所以爲0；

41位時間戳部分，這個是毫秒級的時間，一般實現上不會存儲當前的時間戳，而是時間戳的差值（當前時間-固定的開始時間），這樣可以使產生的ID從更小值開始；41位的時間戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L 60 60 24 365) = 69年；

10位節點部分，Twitter實現中使用前5位作爲數據中心標識，後5位作爲機器標識，可以部署1024個節點；

12位序列號部分，支持同一毫秒內同一個節點可以生成4096個ID；

SnowFlake算法生成的ID大致上是按照時間遞增的，用在分佈式系統中時，需要注意數據中心標識和機器標識必須唯一，這樣就能保證每個節點生成的ID都是唯一的。

2. 算法實現

public class IdWorker {
    // 時間起始標記點，作爲基準，一般取系統的最近時間（一旦確定不能變動）
    private final static long twepoch = 1288834974657L;
    // 機器標識位數
    private final static long workerIdBits = 5L;
    // 數據中心標識位數
    private final static long datacenterIdBits = 5L;
    // 機器ID最大值
    private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    // 數據中心ID最大值
    private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    // 毫秒內自增位
    private final static long sequenceBits = 12L;
    // 機器ID偏左移12位
    private final static long workerIdShift = sequenceBits;
    // 數據中心ID左移17位
    private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    // 時間毫秒左移22位
    private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    /* 上次生產id時間戳 */
    private static long lastTimestamp = -1L;
    // 0，併發控制
    private long sequence = 0L;

    private final long workerId;
    // 數據標識id部分
    private final long datacenterId;

    public IdWorker() {
        this.datacenterId = getDatacenterId(maxDatacenterId);
        this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, maxWorkerId);
    }

    /**
     * @param workerId     工作機器ID
     * @param datacenterId 序列號
     */
    public IdWorker(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;
    }

    /**
     * 獲取下一個ID
     *
     * @return
     */
    public synchronized String nextId() {
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate uuid for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // 當前毫秒內，則+1
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                // 當前毫秒內計數滿了，則等待下一秒
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }
        lastTimestamp = timestamp;
        // ID偏移組合生成最終的ID，並返回ID
        long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
                | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;

        return String.valueOf(nextId);
    }

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

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

    /**
     * <p>
     * 獲取 maxWorkerId
     * </p>
     */
    protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) {
        StringBuffer mpid = new StringBuffer();
        mpid.append(datacenterId);
        String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
        if (!name.isEmpty()) {
            /*
             * GET jvmPid
             */
            mpid.append(name.split("@")[0]);
        }
        /*
         * MAC + PID 的 hashcode 獲取16個低位
         */
        return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
    }

    /**
     * <p>
     * 數據標識id部分
     * </p>
     */
    protected static long getDatacenterId(long maxDatacenterId) {
        long id = 0L;
        try {
            InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
            NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip);
            if (network == null) {
                id = 1L;
            } else {
                byte[] mac = network.getHardwareAddress();
                id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 1])
                        | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6;
                id = id % (maxDatacenterId + 1);
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(" getDatacenterId: " + e.getMessage());
        }
        return id;
    }
}

使用時，只需要new IdWorker().next()即可。

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