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實現(xiàn)動機

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)中音瓷，主鍵自動生成技術(shù)是基本需求。而各大數(shù)據(jù)庫對于該需求也提供了相應(yīng)的支持夹抗，比如MySQL的自增鍵绳慎。 對于MySQL而言，分庫分表之后漠烧，不同表生成全局唯一的Id是非常棘手的問題杏愤。因為同一個邏輯表內(nèi)的不同實際表之間的自增鍵是無法互相感知的， 這樣會造成重復(fù)Id的生成已脓。我們當然可以通過約束表生成鍵的規(guī)則來達到數(shù)據(jù)的不重復(fù)珊楼，但是這需要引入額外的運維力量來解決重復(fù)性問題，并使框架缺乏擴展性度液。

目前有許多第三方解決方案可以完美解決這個問題厕宗，比如UUID等依靠特定算法自生成不重復(fù)鍵（由于InnoDB采用的B+Tree索引特性，UUID生成的主鍵插入性能較差）堕担，或者通過引入Id生成服務(wù)等已慢。 但也正因為這種多樣性導(dǎo)致了Sharding-JDBC如果強依賴于任何一種方案就會限制其自身的發(fā)展。

基于以上的原因霹购，最終采用了以JDBC接口來實現(xiàn)對于生成Id的訪問佑惠，而將底層具體的Id生成實現(xiàn)分離出來。

摘自sharding-jdbc分布式主鍵

sharding-jdbc的分布式ID采用twitter開源的snowflake算法齐疙，不需要依賴任何第三方組件膜楷，這樣其擴展性和維護性得到最大的簡化；但是snowflake算法的缺陷（強依賴時間贞奋，如果時鐘回撥赌厅，就會生成重復(fù)的ID），sharding-jdbc沒有給出解決方案忆矛，如果用戶想要強化察蹲，需要自行擴展请垛；

擴展：美團的分布式ID生成系統(tǒng)也是基于snowflake算法，并且解決了時鐘回撥的問題洽议，讀取有興趣請閱讀Leaf——美團點評分布式ID生成系統(tǒng)

分布式ID簡介

github上對分布式ID這個特性的描述是：Distributed Unique Time-Sequence Generation宗收，兩個重要特性是：分布式唯一和時間序；基于Twitter Snowflake算法實現(xiàn)亚兄，長度為64bit混稽；64bit組成如下：

• 1bit sign bit.
• 41bits timestamp offset from 2016.11.01(Sharding-JDBC distributed primary key published data) to now.
• 10bits worker process id.
• 12bits auto increment offset in one mills.

分布式ID源碼分析

核心源碼在sharding-jdbc-core模塊中的com.dangdang.ddframe.rdb.sharding.keygen.DefaultKeyGenerator.java中：

public final class DefaultKeyGenerator implements KeyGenerator {
    
    public static final long EPOCH;
    
    // 自增長序列的長度（單位是位時的長度）
    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L;
    
    // workerId的長度（單位是位時的長度）
    private static final long WORKER_ID_BITS = 10L;
    
    private static final long SEQUENCE_MASK = (1 << SEQUENCE_BITS) - 1;
    
    private static final long WORKER_ID_LEFT_SHIFT_BITS = SEQUENCE_BITS;
    
    private static final long TIMESTAMP_LEFT_SHIFT_BITS = WORKER_ID_LEFT_SHIFT_BITS + WORKER_ID_BITS;
    
    // 位運算計算workerId的最大值（workerId占10位，那么1向左移10位就是workerId的最大值）
    private static final long WORKER_ID_MAX_VALUE = 1L << WORKER_ID_BITS;
    
    @Setter
    private static TimeService timeService = new TimeService();
    
    private static long workerId;
    
    // EPOCH就是起始時間审胚，從2016-11-01 00:00:00開始的毫秒數(shù)
    static {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.set(2016, Calendar.NOVEMBER, 1);
        calendar.set(Calendar.HOUR_OF_DAY, 0);
        calendar.set(Calendar.MINUTE, 0);
        calendar.set(Calendar.SECOND, 0);
        calendar.set(Calendar.MILLISECOND, 0);
        EPOCH = calendar.getTimeInMillis();
    }
    
    private long sequence;
    
    private long lastTime;
    
    /**
     * 得到分布式唯一ID需要先設(shè)置workerId匈勋，workId的值范圍[0, 1024)
     * @param workerId work process id
     */
    public static void setWorkerId(final long workerId) {
        // google-guava提供的入?yún)z查方法：workerId只能在0~WORKER_ID_MAX_VALUE之間；
        Preconditions.checkArgument(workerId >= 0L && workerId < WORKER_ID_MAX_VALUE);
        DefaultKeyGenerator.workerId = workerId;
    }
    
    /**
     * 調(diào)用該方法膳叨，得到分布式唯一ID
     * @return key type is @{@link Long}.
     */
    @Override
    public synchronized Number generateKey() {
        long currentMillis = timeService.getCurrentMillis();
        // 每次取分布式唯一ID的時間不能少于上一次取時的時間
        Preconditions.checkState(lastTime <= currentMillis, "Clock is moving backwards, last time is %d milliseconds, current time is %d milliseconds", lastTime, currentMillis);
        // 如果同一毫秒范圍內(nèi)洽洁，那么自增，否則從0開始
        if (lastTime == currentMillis) {
            // 如果自增后的sequence值超過4096菲嘴，那么等待直到下一個毫秒
            if (0L == (sequence = ++sequence & SEQUENCE_MASK)) {
                currentMillis = waitUntilNextTime(currentMillis);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        // 更新lastTime的值饿自，即最后一次獲取分布式唯一ID的時間
        lastTime = currentMillis;
        // 從這里可知分布式唯一ID的組成部分；
        return ((currentMillis - EPOCH) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT_BITS) | (workerId << WORKER_ID_LEFT_SHIFT_BITS) | sequence;
    }
    
    // 獲取下一毫秒的方法：死循環(huán)獲取當前毫秒與lastTime比較龄坪，直到大于lastTime的值昭雌；
    private long waitUntilNextTime(final long lastTime) {
        long time = timeService.getCurrentMillis();
        while (time <= lastTime) {
            time = timeService.getCurrentMillis();
        }
        return time;
    }
}

獲取workerId的三種方式

sharding-jdbc的sharding-jdbc-plugin模塊中，提供了三種方式獲取workerId的方式健田，并提供接口獲取分布式唯一ID的方法--generateKey()烛卧，接下來對各種方式如何生成workerId進行分析；

HostNameKeyGenerator

1. 根據(jù)hostname獲取妓局，源碼如下（HostNameKeyGenerator.java）：

/**
 * 根據(jù)機器名最后的數(shù)字編號獲取工作進程Id.如果線上機器命名有統(tǒng)一規(guī)范,建議使用此種方式.
 * 例如機器的HostName為:dangdang-db-sharding-dev-01(公司名-部門名-服務(wù)名-環(huán)境名-編號)
 * ,會截取HostName最后的編號01作為workerId.
 *
 * @author DonneyYoung
 **/
 static void initWorkerId() {
    InetAddress address;
    Long workerId;
    try {
        address = InetAddress.getLocalHost();
    } catch (final UnknownHostException e) {
        throw new IllegalStateException("Cannot get LocalHost InetAddress, please check your network!");
    }
    // 先得到服務(wù)器的hostname总放，例如JTCRTVDRA44，linux上可通過命令"cat /proc/sys/kernel/hostname"查看好爬；
    String hostName = address.getHostName();
    try {
        // 計算workerId的方式：
        // 第一步hostName.replaceAll("\\d+$", "")间聊，即去掉hostname后純數(shù)字部分，例如JTCRTVDRA44去掉后就是JTCRTVDRA
        // 第二步hostName.replace(第一步的結(jié)果, "")抵拘，即將原h(huán)ostname的非數(shù)字部分去掉哎榴，得到純數(shù)字部分，就是workerId
        workerId = Long.valueOf(hostName.replace(hostName.replaceAll("\\d+$", ""), ""));
    } catch (final NumberFormatException e) {
        throw new IllegalArgumentException(String.format("Wrong hostname:%s, hostname must be end with number!", hostName));
    }
    DefaultKeyGenerator.setWorkerId(workerId);
}

IPKeyGenerator

2. 根據(jù)IP獲取僵蛛，源碼如下（IPKeyGenerator.java）：

/**
 * 根據(jù)機器IP獲取工作進程Id,如果線上機器的IP二進制表示的最后10位不重復(fù),建議使用此種方式
 * ,列如機器的IP為192.168.1.108,二進制表示:11000000 10101000 00000001 01101100
 * ,截取最后10位 01 01101100,轉(zhuǎn)為十進制364,設(shè)置workerId為364.
 */
static void initWorkerId() {
    InetAddress address;
    try {
        // 首先得到IP地址尚蝌，例如192.168.1.108
        address = InetAddress.getLocalHost();
    } catch (final UnknownHostException e) {
        throw new IllegalStateException("Cannot get LocalHost InetAddress, please check your network!");
    }
    // IP地址byte[]數(shù)組形式，這個byte數(shù)組的長度是4充尉，數(shù)組0~3下標對應(yīng)的值分別是192飘言，168，1驼侠，108
    byte[] ipAddressByteArray = address.getAddress();
    // 由這里計算workerId源碼可知姿鸿，workId由兩部分組成：
    // 第一部分(ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 2] & 0B11) << Byte.SIZE：ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 2]即取byte[]倒數(shù)第二個值谆吴，即1，然后&0B11苛预，即只取最后2位（IP段倒數(shù)第二個段取2位句狼，IP段最后一位取全部8位，總計10位）热某，然后左移Byte.SIZE腻菇，即左移8位（因為這一部分取得的是IP段中倒數(shù)第二個段的值）；
    // 第二部分(ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 1] & 0xFF)：ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 1]即取byte[]最后一位昔馋，即108筹吐，然后&0xFF，即通過位運算將byte轉(zhuǎn)為int秘遏；
    // 最后將第一部分得到的值加上第二部分得到的值就是最終的workId
    DefaultKeyGenerator.setWorkerId((long) (((ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 2] & 0B11) << Byte.SIZE) + (ipAddressByteArray[ipAddressByteArray.length - 1] & 0xFF)));
}

IPSectionKeyGenerator

3. 根據(jù)IP段獲取丘薛，源碼如下（IPSectionKeyGenerator.java）：

/**
 * 瀏覽 {@link IPKeyGenerator} workerId生成的規(guī)則后，感覺對服務(wù)器IP后10位（特別是IPV6）數(shù)值比較約束.
 * 
 * <p>
 * 有以下優(yōu)化思路：
 * 因為workerId最大限制是2^10邦危，我們生成的workerId只要滿足小于最大workerId即可榔袋。
 * 1.針對IPV4:
 * ....IP最大 255.255.255.255。而（255+255+255+255) < 1024铡俐。
 * ....因此采用IP段數(shù)值相加即可生成唯一的workerId，不受IP位限制妥粟。
 * 2.針對IPV6:
 * ....IP最大ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff
 * ....為了保證相加生成出的workerId < 1024,思路是將每個bit位的后6位相加审丘。這樣在一定程度上也可以滿足workerId不重復(fù)的問題。
 * </p>
 * 使用這種IP生成workerId的方法,必須保證IP段相加不能重復(fù)
 *
 * @author DogFc
 */
static void initWorkerId() {
    InetAddress address;
    try {
        address = InetAddress.getLocalHost();
    } catch (final UnknownHostException e) {
        throw new IllegalStateException("Cannot get LocalHost InetAddress, please check your network!");
    }
    // 得到IP地址的byte[]形式值
    byte[] ipAddressByteArray = address.getAddress();
    long workerId = 0L;
    //如果是IPV4勾给，計算方式是遍歷byte[]滩报，然后把每個IP段數(shù)值相加得到的結(jié)果就是workerId
    if (ipAddressByteArray.length == 4) {
        for (byte byteNum : ipAddressByteArray) {
            workerId += byteNum & 0xFF;
        }
        //如果是IPV6，計算方式是遍歷byte[]播急，然后把每個IP段后6位（& 0B111111 就是得到后6位）數(shù)值相加得到的結(jié)果就是workerId
    } else if (ipAddressByteArray.length == 16) {
        for (byte byteNum : ipAddressByteArray) {
            workerId += byteNum & 0B111111;
        }
    } else {
        throw new IllegalStateException("Bad LocalHost InetAddress, please check your network!");
    }
    DefaultKeyGenerator.setWorkerId(workerId);
}

建議

大道至簡脓钾，強烈推薦HostNameKeyGenerator方式獲取workerId，只需服務(wù)器按照標準統(tǒng)一配置好hostname即可桩警；這種方案有點類似spring-boot：約定至上可训；并能夠讓架構(gòu)最簡化，不依賴任何第三方組件捶枢；