雪花算法（SnowFlake）Java實(shí)現(xiàn)

分布式id生成算法的有很多種，Twitter的SnowFlake就是其中經(jīng)典的一種。

算法原理

SnowFlake算法生成id的結(jié)果是一個(gè)64bit大小的整數(shù)坛猪，它的結(jié)構(gòu)如下圖：

結(jié)構(gòu)圖

1bit盒卸，不用悠菜，因?yàn)槎M(jìn)制中最高位是符號位，1表示負(fù)數(shù)，0表示正數(shù)。生成的id一般都是用整數(shù)颖侄，所以最高位固定為0。
41bit-時(shí)間戳享郊，用來記錄時(shí)間戳览祖，毫秒級。
- 41位可以表示 $2^{41}-1$ 個(gè)數(shù)字炊琉，
- 如果只用來表示正整數(shù)（計(jì)算機(jī)中正數(shù)包含0）展蒂，可以表示的數(shù)值范圍是：0 至 $2^{41}-1$ ，減1是因?yàn)榭杀硎镜臄?shù)值范圍是從0開始算的，而不是1玄货。
- 也就是說41位可以表示 $2^{41}-1$ 個(gè)毫秒的值，轉(zhuǎn)化成單位年則是 $(2^{41}-1) / (1000 * 60 * 60 * 24 *365) = 69$ 年
10bit-工作機(jī)器id悼泌，用來記錄工作機(jī)器id松捉。
- 可以部署在 $2^{10} = 1024$ 個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括5位datacenterId和5位workerId
- 5位（bit）可以表示的最大正整數(shù)是 $2^{5}-1 = 31$ 馆里，即可以用0隘世、1、2鸠踪、3丙者、....31這32個(gè)數(shù)字，來表示不同的datecenterId或workerId
12bit-序列號营密，序列號械媒，用來記錄同毫秒內(nèi)產(chǎn)生的不同id。
- 12位（bit）可以表示的最大正整數(shù)是 $2^{12}-1 = 4095$ 评汰，即可以用0纷捞、1、2被去、3主儡、....4094這4095個(gè)數(shù)字，來表示同一機(jī)器同一時(shí)間截（毫秒)內(nèi)產(chǎn)生的4095個(gè)ID序號惨缆。

由于在Java中64bit的整數(shù)是long類型糜值，所以在Java中SnowFlake算法生成的id就是long來存儲的。

SnowFlake可以保證：

所有生成的id按時(shí)間趨勢遞增

整個(gè)分布式系統(tǒng)內(nèi)不會產(chǎn)生重復(fù)id（因?yàn)橛衐atacenterId和workerId來做區(qū)分）

算法實(shí)現(xiàn)（Java）

Twitter官方給出的算法實(shí)現(xiàn) 是用Scala寫的坯墨，這里不做分析寂汇，可自行查看。

Java版算法實(shí)現(xiàn)：搬運(yùn)自煲煲菜的博客

public class IdWorker{

    //下面兩個(gè)每個(gè)5位捣染，加起來就是10位的工作機(jī)器id
    private long workerId;    //工作id
    private long datacenterId;   //數(shù)據(jù)id
    //12位的序列號
    private long sequence;

    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence){
        // sanity check for workerId
        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));
        }
        System.out.printf("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);

        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }

    //初始時(shí)間戳
    private long twepoch = 1288834974657L;

    //長度為5位
    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    //最大值
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    //序列號id長度
    private long sequenceBits = 12L;
    //序列號最大值
    private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    
    //工作id需要左移的位數(shù)健无，12位
    private long workerIdShift = sequenceBits;
   //數(shù)據(jù)id需要左移位數(shù) 12+5=17位
    private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    //時(shí)間戳需要左移位數(shù) 12+5+5=22位
    private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    
    //上次時(shí)間戳，初始值為負(fù)數(shù)
    private long lastTimestamp = -1L;

    public long getWorkerId(){
        return workerId;
    }

    public long getDatacenterId(){
        return datacenterId;
    }

    public long getTimestamp(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

     //下一個(gè)ID生成算法
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();

        //獲取當(dāng)前時(shí)間戳如果小于上次時(shí)間戳液斜，則表示時(shí)間戳獲取出現(xiàn)異常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            System.err.printf("clock is moving backwards.  Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds",
                    lastTimestamp - timestamp));
        }

        //獲取當(dāng)前時(shí)間戳如果等于上次時(shí)間戳（同一毫秒內(nèi)）累贤，則在序列號加一；否則序列號賦值為0少漆，從0開始臼膏。
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        
        //將上次時(shí)間戳值刷新
        lastTimestamp = timestamp;

        /**
          * 返回結(jié)果：
          * (timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) 表示將時(shí)間戳減去初始時(shí)間戳，再左移相應(yīng)位數(shù)
          * (datacenterId << datacenterIdShift) 表示將數(shù)據(jù)id左移相應(yīng)位數(shù)
          * (workerId << workerIdShift) 表示將工作id左移相應(yīng)位數(shù)
          * | 是按位或運(yùn)算符示损，例如：x | y渗磅，只有當(dāng)x，y都為0的時(shí)候結(jié)果才為0，其它情況結(jié)果都為1始鱼。
          * 因?yàn)閭€(gè)部分只有相應(yīng)位上的值有意義仔掸，其它位上都是0，所以將各部分的值進(jìn)行 | 運(yùn)算就能得到最終拼接好的id
        */
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
                (datacenterId << datacenterIdShift) |
                (workerId << workerIdShift) |
                sequence;
    }

    //獲取時(shí)間戳医清，并與上次時(shí)間戳比較
    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    //獲取系統(tǒng)時(shí)間戳
    private long timeGen(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //---------------測試---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }

}

算法中大量使用位運(yùn)算起暮，這里不對位運(yùn)算做過多解釋，代碼的詳細(xì)解釋參考煲煲菜的博客

文章主要摘抄自煲煲菜的博客
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