關于雪花算法的一些思考與工具類實現(xiàn)

引言

雪花算法是Twitter提出的用以解決分布式ID的一種解決辦法太雨，詳細的介紹網(wǎng)上有很多，本文在這里就不重復了锉矢。
本文參考了兩個網(wǎng)址進行實現(xiàn)：

[1] 煲煲菜理解分布式id生成算法SnowFlake 2017-09-20

[2] souyunku Twitter的分布式自增ID雪花算法snowflake (Java版) 2018-05-13

問題

這里主要有兩個問題思考：
1.為什么要分為幾個部分莺奔，41bit,10bit,12bit？
2.這樣的算法實現(xiàn)在多線程情況下真的能確保ID的唯一性嗎巍耗？

針對問題一
這個問題的本質其實是，該算法的創(chuàng)始人是如何想到該方法的渐排，為什么要這么劃分炬太。我試著來回答一下，首先ID是要正數(shù)驯耻，所以第一位不能用亲族。然后我們要快捷，不用數(shù)據(jù)庫可缚，所以我們只能用移位的形式實現(xiàn)霎迫。那我們的服務器一般是64位的，這是重點帘靡，64位知给！。所以我們要合理規(guī)劃出來一部分數(shù)據(jù)要能表示使用的年限（41位）描姚，一部分要表現(xiàn)我的機房和我機房里面的機器（各5位）涩赢，剩下的12位表示一毫秒里面的數(shù)據(jù)，可以保證4k左右的數(shù)據(jù)不重復轩勘。至于確切的計算過程筒扒，可以參考文獻一。
另外為了保證每次只獲取一個新的绊寻，所以肯定得在獲取下一個ID的時候加上鎖synchronized霎肯。

針對問題二

我們不妨來驗證一下，思路是啟動10個線程榛斯，每個線程執(zhí)行1000次的獲取ID，收集下每次獲取的ID搂捧，看是否有重復驮俗。我們將分為兩種情況：

在循環(huán)外部生成對象，即單實例下生成ID

單個對象的情況
在循環(huán)內(nèi)部生成對象允跑，即多實例下生成ID

多對象情況

根據(jù)程序運行的結果王凑，我們可以發(fā)現(xiàn)用別人的代碼其實存在風險搪柑。如果一個項目里面，多處地方new SnowFlake對象很多可能會導致ID不唯一Ｋ髋搿工碾！

所以為了避免一個項目下由調用處創(chuàng)建SnowFlake對象導致的ID重復問題，建議在工具類中就進行對象初始化（可以使用單例模式）
本文只是簡單的私有化構造函數(shù)百姓，并利用static的特性初始化

  private static SnowFlakeUtil snowFlakeUtil = new SnowFlakeUtil(0, 0);

    private SnowFlakeUtil(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;
    }

在具體使用的時候不同的項目里面配置不同的機房ID和機器ID即可渊额。

附錄

通篇代碼：

public class SnowFlakeUtil {

    /**
     * 起始的時間戳
     * 2020-06-10 09:43:xx
     */
    private final long START_STMP = 1591753401773L;

    /**
     * 每一部分占用的位數(shù)
     */
    private final long SEQUENCE_BIT = 12; //序列號占用的位數(shù)
    private final long MACHINE_BIT = 5;   //機器標識占用的位數(shù)
    private final long DATACENTER_BIT = 5;//數(shù)據(jù)中心占用的位數(shù)

    /**
     * 每一部分的最大值
     */
    private final long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
    private final long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
    private final long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);

    /**
     * 每一部分向左的位移
     */
    private final long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private final long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
    private final long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;

    /**
     * 數(shù)據(jù)中心
     */
    private long datacenterId;
    /**
     * 機器標識
     */
    private long machineId;
    /**
     * 序列號
     */
    private long sequence = 0L;
    /**
     * 上一次時間戳
     */
    private long lastStmp = -1L;


    private static SnowFlakeUtil snowFlakeUtil = new SnowFlakeUtil(0, 0);

    private SnowFlakeUtil(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;
    }

    /**
     * 產(chǎn)生下一個ID
     *
     * @return
     */
    private synchronized long nextId() {
        long currStmp = getNewstmp();
        if (currStmp < lastStmp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards.  Refusing to generate id");
        }

        if (currStmp == lastStmp) {
            //相同毫秒內(nèi)，序列號自增
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            //同一毫秒的序列數(shù)已經(jīng)達到最大
            if (sequence == 0L) {
                currStmp = getNextMill();
            }
        } else {
            //不同毫秒內(nèi)垒拢，序列號置為0
            sequence = 0L;
        }

        lastStmp = currStmp;

        return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //時間戳部分
                | datacenterId << DATACENTER_LEFT       //數(shù)據(jù)中心部分
                | machineId << MACHINE_LEFT             //機器標識部分
                | sequence;                             //序列號部分
    }

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

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

    public static Long generateId() {
        return snowFlakeUtil.nextId();
    }


    public static void main(String[] args) {
        Set<Long> keys = new HashSet<Long>();
//        SnowFlakeUtil ss = new SnowFlakeUtil(2, 3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(i + "S") {
                @Override
                public void run() {
//                    SnowFlakeUtil ss = new SnowFlakeUtil(2, 3);
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        Long k = SnowFlakeUtil.generateId();
                        if (!keys.contains(k)) {
                            keys.add(k);
                        } else {
                            System.out.println("重復:" + k);
                        }
                    }
                }
            }.start();
        }
    }
}