分布式系统唯一id方案-SnowFlake

摘要：

SnowFlake算法生成的ID大致上是按照时间递增的，用在分布式系统中时，需要注意数据中心标识和机器标识必须唯一，这样就能保证每个节点生成的ID都是唯一的。它可以满足Twitter每秒上万条消息ID分配的请求，这些消息ID是唯一的且有大致的递增顺序，且是一个64位整形，即8字节，可以展示为一个Long类型的整数。结构如下（每一部分用“-”符号分隔）：

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

64位整型：符号 + 时间戳 + 数据中心标识 + 机器标识 + 序列号

符号：1位 默认为0

时间戳：41位，不会存储当前的时间戳，而是时间戳的差值（当前时间-固定的开始时间），这样可以使产生的ID从更小值开始；41位的时间戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69年；

数据中心标识：5位，用于不同的数据中心

机器标识：5位， 机器号保证分布式系统

序列号:12位，单位毫秒内可生成的序列号数目的理论极限。

public class SnowFlake {
    // 起始的时间戳
    private final static long START_STMP = 1480166465631L;
    // 每一部分占用的位数，就三个
    private final static long SEQUENCE_BIT = 12;// 序列号占用的位数
    private final static long MACHINE_BIT = 5; // 机器标识占用的位数
    private final static long DATACENTER_BIT = 5;// 数据中心占用的位数
    // 每一部分最大值
    private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
    private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
    private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
    // 每一部分向左的位移
    private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
    private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;
    private long datacenterId; // 数据中心
    private long machineId; // 机器标识
    private long sequence = 0L; // 序列号
    private long lastStmp = -1L;// 上一次时间戳

    public SnowFlake(long datacenterId, long machineId) {
        if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
        }
        if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
        }
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.machineId = machineId;
    }
    //产生下一个ID
    public synchronized long nextId() {
        long currStmp = getNewstmp();
        if (currStmp < lastStmp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards.  Refusing to generate id");
        }

        if (currStmp == lastStmp) {
            //if条件里表示当前调用和上一次调用落在了相同毫秒内，只能通过第三部分，序列号自增来判断为唯一，所以+1.
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            //同一毫秒的序列数已经达到最大，只能等待下一个毫秒
            if (sequence == 0L) {
                currStmp = getNextMill();
            }
        } else {
            //不同毫秒内，序列号置为0
            //执行到这个分支的前提是currTimestamp > lastTimestamp，说明本次调用跟上次调用对比，已经不再同一个毫秒内了，这个时候序号可以重新回置0了。
            sequence = 0L;
        }

        lastStmp = currStmp;
         //就是用相对毫秒数、机器ID和自增序号拼接
        return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //时间戳部分
                | datacenterId << DATACENTER_LEFT      //数据中心部分
                | machineId << MACHINE_LEFT            //机器标识部分
                | sequence;                            //序列号部分
    }

    private long getNextMill() {
        long mill = getNewstmp();
        while (mill <= lastStmp) {
            mill = getNewstmp();
        }
        return mill;
    }

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


}
           

测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 构造方法设置机器码：第9个机房的第20台机器
        SnowFlake  snowFlake = new SnowFlake(9, 20);
        for(int i =0; i <(1<< 12); i++){
            System.out.println(snowFlake.nextId());
        }
    }

}
           

nextId的synchronized方法+递增的序列号：保证单机器内线程安全.

69年的问题怎么解决？

timestamp减个常量就可以了，对于已生成的历史id，可以导表刷id，当然，这里涉及到个数据库设计原则，系统之间传递数据不应使用物理主键，这样刷id 就容易了。

数据中心标识和机器标识怎么获取？

可以存到库里 如mac地址 + ipv4地址 确定唯一机器，插入数据库，机器号通过库的自增主键自增产生

所以启动的时候直接查询，如果有了直接获取到机器id

否则插入后获取