分布式ID生成解決方案之開源算法snowflake（雪花算法）

• snowflake是Twitter開源的分布式ID生成算法，結果是一個Long型的ID。
• 其核心思想是：使用41bit作為毫秒數，10bit最為機器的ID（5個bit數資料中心，5個bit是機器ID），12bit作為毫秒内的流水号（意味着每個節點在每毫秒可以産生4096個ID），最後還有一個符号位，永遠是0

  

snowflake雪花算法ID值的生成

總長度為64位

• 第一部分：隻有一位它是不參與ID的生成的，永遠是0
• 第二部分：有41位，它是根據系統目前時間（精确到毫秒值），作為時間戳來生成的這41位長度的值。

  注意：雖然精确到了毫秒，它仍然保證不了全局ID的唯一性，因為很有可能在一毫秒内會有很多的ID生成。是以雪花算法對這個問題在第三部分進行了解決
             

• 第三部分：有10位，就是目前的機器号（這個值需要開發人員手動的配置來保證不重複就可以了）
• 第四部分：有12位，是序列号，可以了解為它就是一個随機數；該值的生成也需要開發人員手動的來進行傳參來控制它生成值的大小

這四部分加起來内容就構成了目前的一個ID值，并且它是可以保證目前ID值的全局唯一性的。

snowflake雪花算法工具類

package cn.cdw.util;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;

/**
 * <p>名稱：IdWorker.java</p>
 * <p>描述：分布式自增長ID</p>
 * <pre>
 *     Twitter的 Snowflake　JAVA實作方案
 * </pre>
 * 核心代碼為其IdWorker這個類實作，其原理結構如下，我分别用一個0表示一位，用—分割開部分的作用：
 * 1||0---0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000
 * 在上面的字元串中，第一位為未使用（實際上也可作為long的符号位），接下來的41位為毫秒級時間，
 * 然後5位datacenter辨別位，5位機器ID（并不算辨別符，實際是為線程辨別），
 * 然後12位該毫秒内的目前毫秒内的計數，加起來剛好64位，為一個Long型。
 * 這樣的好處是，整體上按照時間自增排序，并且整個分布式系統内不會産生ID碰撞（由datacenter和機器ID作區分），
 * 并且效率較高，經測試，snowflake每秒能夠産生26萬ID左右，完全滿足需要。
 * <p>
 * 64位ID (42(毫秒)+5(機器ID)+5(業務編碼)+12(重複累加))
 *
 * @author Polim
 */
public class IdWorker {
    // 時間起始标記點，作為基準，一般取系統的最近時間（一旦确定不能變動）
    private final static long twepoch = 1288834974657L;
    // 機器辨別位數
    private final static long workerIdBits = 5L;
    // 資料中心辨別位數
    private final static long datacenterIdBits = 5L;
    // 機器ID最大值
    private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    // 資料中心ID最大值
    private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    // 毫秒内自增位
    private final static long sequenceBits = 12L;
    // 機器ID偏左移12位
    private final static long workerIdShift = sequenceBits;
    // 資料中心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);
    /* 上次生産id時間戳 */
    private static long lastTimestamp = -1L;
    // 0，并發控制
    private long sequence = 0L;

    private final long workerId;
    // 資料辨別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
     *            序列号
     */
    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;
    }
    /**
     * 擷取下一個ID
     *
     * @return
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // 目前毫秒内，則+1
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                // 目前毫秒内計數滿了，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，并傳回ID
        long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
                | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;

        return 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>
     * 擷取 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 擷取16個低位
         */
        return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
    }

    /**
     * <p>
     * 資料辨別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;
    }


    public static void main(String[] args) {

        IdWorker idWorker=new IdWorker(0,0);

        for(int i=0;i<10000;i++){
            long nextId = idWorker.nextId();
            System.out.println(nextId);
        }
    }

}