基於TwitterSnowflake分散式id生成工具類實現
阿新 • • 發佈：2018-12-25
1、 什麼是TwitterSnowflake？
簡介：
TwitterSnowflake演算法是用來在分散式場景下生成唯一ID的。
舉個栗子:我們有10臺分散式MySql伺服器,我們的系統每秒能生成10W條資料插入到這10臺機器裡,現在我們需要為每一條資料生成一個全域性唯一的ID, 並且這些 ID 有大致的順序。
我們看一下圖解：
1位，不用。二進位制中最高位為1的都是負數，但是我們生成的id一般都使用整數，所以這個最高位固定是0
41位，用來記錄時間戳（毫秒），41位可以表示241−1個數字，如果只用來表示正整數（計算機中正數包含0），可以表示的數值範圍是：0 至 241−1，減1是因為可表示的數值範圍是從0開始算的，而不是1。也就是說41位可以表示241−1個毫秒的值，轉化成單位年則是(241−1)/(1000∗60∗60∗24∗365)=69年
10位
5位（bit）可以表示的最大正整數是25−1=31，即可以用0、1、2、3、…31這32個數字，來表示不同的datecenterId或workerId
12位，序列號，用來記錄同毫秒內產生的不同id，12位（bit）可以表示的最大正整數是212−1=4095，即可以用0、1、2、3、…4094這4095個數字，來表示同一機器同一時間截（毫秒)內產生的4095個ID序號
由於在Java中64bit的整數是long型別，所以在Java中SnowFlake演算法生成的id就是long來儲存的。
SnowFlake可以保證：
所有生成的id按時間趨勢遞增
整個分散式系統內不會產生重複id（因為有datacenterId和workerId來做區分）
我們來看原始碼
import com.vividsolutions.jts.shape.fractal.KochSnowflakeBuilder; import java.lang.management.ManagementFactory; import java.net.InetAddress; import java.net.NetworkInterface; /** * <p> * 名稱：IdWorker.java * </p> * <p> * 描述：分散式自增長ID * </p> * * <pre> * Twitter的 Snowflake JAVA實現方案 * </pre> * * 核心程式碼為其IdWorker這個類實現，其原理結構如下，我分別用一個0表示一位，用—分割開部分的作用： 1||0---0000000000 * 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000 * 在上面的字串中，第一位為未使用（實際上也可作為long的符號位），接下來的41位為毫秒級時間， * 然後5位datacenter標識位，5位機器ID（並不算識別符號，實際是為執行緒標識）， * 然後12位該毫秒內的當前毫秒內的計數，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，並且整個分散式系統內不會產生ID碰撞（由datacenter和機器ID作區分）， * 並且效率較高，經測試，snowflake每秒能夠產生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 IdMakerUtils { /** * 時間起始標記點，作為基準，一般取系統的最近時間（一旦確定不能變動） */ private final static long TWEPOCH = 1288834974657L; /** * 機器標識位數 */ private final static long WORKER_ID_BITS = 5L; /** * 資料中心標識位數 */ private final static long DATACENTER_ID_BITS = 5L; /** * 機器ID最大值 */ private final static long MAX_WORKER_ID = -1L ^ (-1L << WORKER_ID_BITS); /** * 資料中心ID最大值 */ private final static long MAX_DATACENTER_ID = -1L ^ (-1L << DATACENTER_ID_BITS); /** * 毫秒內自增位 */ private final static long SEQUENCE_BITS = 12L; /** * 機器ID偏左移12位 */ private final static long WORKER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS; /** * 資料中心ID左移17位 */ private final static long DATACENTER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS; /** * 時間毫秒左移22位 */ private final static long TIMESTAMP_LEFT_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS + DATACENTER_ID_BITS; /** * */ private final static long SEQUENCE_MASK = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BITS); /** * 上次生產id時間戳 */ private static long lastTimestamp = -1L; /** * 0，併發控制 */ private long sequence = 0L; private final long workerId; /** * 資料標識id部分 */ private final long datacenterId; public IdMakerUtils() { this.datacenterId = getDatacenterId(MAX_DATACENTER_ID); this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, MAX_WORKER_ID); } /** * @param workerId * 工作機器ID(0~31) * @param datacenterId * 序列號(0~31) */ public IdMakerUtils(long workerId, long datacenterId) { if (workerId > MAX_WORKER_ID || workerId < 0) { throw new IllegalArgumentException( String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", MAX_WORKER_ID)); } if (datacenterId > MAX_DATACENTER_ID || datacenterId < 0) { throw new IllegalArgumentException( String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", MAX_DATACENTER_ID)); } this.workerId = workerId; this.datacenterId = datacenterId; } /** * 獲取下一個ID(該方法執行緒安全) * * @return */ public synchronized long nextId() { long timestamp = timeGen(); //如果當前時間小於上一次ID生成的時間戳，說明系統時鐘會退回這個時候應當丟擲的異常 if (timestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException(String.format( "Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp)); } //如果同一時間生成的，則進行毫秒內序列 if (lastTimestamp == timestamp) { // 當前毫秒內，則+1 sequence = (sequence + 1) & SEQUENCE_MASK; //毫秒內序列溢位 if (sequence == 0) { // 當前毫秒內計數滿了，則等待下一秒 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } //時間戳改變，毫秒內序列重置 } else { sequence = 0L; } //上次生成ID的時間戳 lastTimestamp = timestamp; // ID偏移組合生成最終的ID，並返回ID long nextId = ((timestamp - TWEPOCH) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT) | (datacenterId << DATACENTER_ID_SHIFT) | (workerId << WORKER_ID_SHIFT) | sequence; String id = String.valueOf(nextId); id = id.substring(6, id.length()); nextId = Long.parseLong(id); return nextId; } /** * @descript: 阻塞到下一個毫秒，直到獲得新的時間戳 * @param:lastTimestamp 上次生成ID的時間截 * @return: 當前時間戳 **/ private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) { long timestamp = this.timeGen(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = this.timeGen(); } return timestamp; } /** * @descript: 返回以毫秒為單位的當前時間 * @param: * @return: 當前時間(毫秒) **/ private long timeGen() { return System.currentTimeMillis(); } /** * <p> * 獲取 MAX_WORKER_ID * </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 獲取16個低位 */ return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1); } /** * <p> * 資料標識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; } } }
測試
//測試
public static void main1(String[] args) {
IdMakerUtils makerUtils = new IdMakerUtils();
System.out.println(makerUtils.nextId());
}
public static void main(String[] args) {
IdMakerUtils makerUtils = new IdMakerUtils(0,0);
for (int i = 0;i<10;i++){
long id = makerUtils.nextId();
System.out.println(Long.toBinaryString(id));
System.out.println(id);
}
測試結果
