分布式全局唯一ID生成方法

一、snowflake 算法

twitter 开源的分布式 id 生成算法，使用64 位的 long 型的 id。

41 bit，时间戳，单位为毫秒，2^41 - 1 换算成年可以表示69年的时间

10 bit，其中5个表示机房，5个表示机器ID

12 bit，录同一个毫秒内产生的不同 id，2^12 - 1 = 4096，可以表示同一个毫秒内的 4096 个不同的 id

支持每秒几万并发

public class UniqueOrderGenerate {
    // ==============================Fields===========================================
    /** 开始时间截 (2018-07-03) */

    private final long twepoch = 1530607760000L;

    /** 机器id所占的位数 */
    private final long workerIdBits = 5L;

    /** 数据标识id所占的位数 */
    private final long datacenterIdBits = 5L;

    /** 支持的最大机器id，结果是31 (这个移位算法可以很快的计算出几位二进制数所能表示的最大十进制数) */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    /** 支持的最大数据标识id，结果是31 */
    private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);

    /** 序列在id中占的位数 */
    private final long sequenceBits = 12L;

    /** 机器ID向左移12位 */
    private final long workerIdShift = sequenceBits;

    /** 数据标识id向左移17位(12+5) */
    private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;

    /** 时间截向左移22位(5+5+12) */
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    /** 生成序列的掩码，这里为4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    /** 工作机器ID(0~31) */
    private long workerId;

    /** 数据中心ID(0~31) */
    private long datacenterId;

    /** 毫秒内序列(0~4095) */
    private long sequence = 0L;

    /** 上次生成ID的时间截 */
    private long lastTimestamp = -1L;

    //==============================Constructors=====================================
    /**
     * 构造函数
     * @param workerId 工作ID (0~31)
     * @param datacenterId 数据中心ID (0~31)
     */
    public UniqueOrderGenerate(long workerId, long datacenterId) {
        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));
        }
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }

    // ==============================Methods==========================================
    /**
     * 获得下一个ID (该方法是线程安全的)
     * @return SnowflakeId
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();

        //如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳，说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        //如果是同一时间生成的，则进行毫秒内序列
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //毫秒内序列溢出
            if (sequence == 0) {
                //阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        //时间戳改变，毫秒内序列重置
        else {
            sequence = 0L;
        }

        //上次生成ID的时间截
        lastTimestamp = timestamp;

        //移位并通过或运算拼到一起组成64位的ID
        return (((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //
                | (datacenterId << datacenterIdShift) //
                | (workerId << workerIdShift) //
                | sequence);
    }

    /**
     * 阻塞到下一个毫秒，直到获得新的时间戳
     * @param lastTimestamp 上次生成ID的时间截
     * @return 当前时间戳
     */
    protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    /**
     * 返回以毫秒为单位的当前时间
     * @return 当前时间(毫秒)
     */
    protected long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //==============================Test=============================================
    /** 测试 */
    public static void main(String[] args) {
        UniqueOrderGenerate idWorker = new UniqueOrderGenerate(0, 0);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            long id = idWorker.nextId();
            //System.out.println(Long.toBinaryString(id));
            System.out.println(id);
        }
    }
}

二、使用数据生成Sequence

在数据库中维护一张表

CREATE TABLE `sequence` (
  `ID` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'ID',
  `unique_id` bigint(18) DEFAULT NULL COMMENT 'unique_id',
  `UPDATED_TIME` timestamp NOT NULL COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`ID`)
)

初始化：

设置步长step=5000, min = 0, max = 5000

截取时间字符串到当天，curTime = ‘20190520’

和步长拼接，uniqueId = curTime + step = 201905201000

主要思路：

每台应用服务器预先取步长，存在JVM内存中，nextKey++,步长用尽，更新数据库。

1. 数据库建表，保存uniqueId，updateTime
2. 设置数据库更新步长，每次到达步长更新数据库
3. 根据业务量设置uniqueId长度，可以使用bigInt
4. 时间加步长拼接作为唯一id

伪代码

取步长 getUniqueueId() {
	if nextKey > max || curTime == null
		operaDb()
	nextKey++
	seq = curTime + step
}

操作数据库 operatDb() {
    查询db当前uniqueId
    当前uniqueId + step
}