ID生成 : 雪花算法(snowflake)

背景

Twitter-Snowflake算法产生的背景相当简单，为了满足Twitter每秒上万条消息的请求，每条消息都必须分配一条唯一的id，这些id还需要一些大致的顺序（方便客户端排序），并且在分布式系统中不同机器产生的id必须不同。

雪花算法简单描述： 

• 最高位是符号位，始终为0，二进制中最高位为1的都是负数，但是我们生成的id一般都使用整数，所以这个最高位固定是0
• 41位的时间序列，精确到毫秒级，41位的长度可以使用69年。时间位还有一个很重要的作用是可以根据时间进行排序。 
• 10位的机器标识，10位的长度最多支持部署1024个节点, 一般是5位IDC+5位machine编号，唯一确定一台机器
• 12位的计数序列号，序列号即一系列的自增id（多线程建议使用atomic），可以支持同一节点同一毫秒生成多个ID序号，若同一毫秒把序列号用完了，则“等待至下一毫秒”, 12位的计数序列号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号。

看的出来，这个算法很简洁也很简单，但依旧是一个很好的ID生成策略。

生成的ID特点:

1、twitter的SnowFlake生成ID能够按照时间有序生成
2、SnowFlake算法生成id的结果是一个64bit大小的整数
3、分布式系统内不会产生重复id（用有datacenterId和workerId来做区分）

JAVA实现:

由于在Java中64bit的整数是long类型，所以在Java中SnowFlake算法生成的id就是long来存储的。

public class SnowFlakeGenerator {

    public static class Factory {
        /**
         * 每一部分占用位数的默认值
         */
        private final static int DEFAULT_MACHINE_BIT_NUM = 5;   //机器标识占用的位数
        private final static int DEFAULT_IDC_BIT_NUM = 5;//数据中心占用的位数

        private int machineBitNum;
        private int idcBitNum;

        public Factory() {
            this.idcBitNum = DEFAULT_IDC_BIT_NUM;
            this.machineBitNum = DEFAULT_MACHINE_BIT_NUM;
        }

        public Factory(int machineBitNum, int idcBitNum) {
            this.idcBitNum = idcBitNum;
            this.machineBitNum = machineBitNum;
        }

        public SnowFlakeGenerator create(long idcId, long machineId) {
            return new SnowFlakeGenerator(this.idcBitNum, this.machineBitNum, idcId, machineId);
        }
    }

    /**
     * 起始的时间戳
     * 作者写代码时的时间戳
     */
    private final static long START_STAMP = 1508143349995L;

    /**
     * 可分配的位数
     */
    private final static int REMAIN_BIT_NUM = 22;

    /**
     * idc编号
     */
    private long idcId;

    /**
     * 机器编号
     */
    private long machineId;

    /**
     * 当前序列号
     */
    private long sequence = 0L;

    /**
     * 上次最新时间戳
     */
    private long lastStamp = -1L;

    /**
     * idc偏移量：一次计算出，避免重复计算
     */
    private int idcBitLeftOffset;

    /**
     * 机器id偏移量：一次计算出，避免重复计算
     */
    private int machineBitLeftOffset;

    /**
     * 时间戳偏移量：一次计算出，避免重复计算
     */
    private int timestampBitLeftOffset;

    /**
     * 最大序列值：一次计算出，避免重复计算
     */
    private int maxSequenceValue;

    private SnowFlakeGenerator(int idcBitNum, int machineBitNum, long idcId, long machineId) {
        int sequenceBitNum = REMAIN_BIT_NUM - idcBitNum - machineBitNum;

        if (idcBitNum <= 0 || machineBitNum <= 0 || sequenceBitNum <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("error bit number");
        }

        this.maxSequenceValue = ~(-1 << sequenceBitNum);

        machineBitLeftOffset = sequenceBitNum;
        idcBitLeftOffset = idcBitNum + sequenceBitNum;
        timestampBitLeftOffset = idcBitNum + machineBitNum + sequenceBitNum;

        this.idcId = idcId;
        this.machineId = machineId;
    }

    /**
     * 产生下一个ID
     */
    public synchronized long nextId() {
        long currentStamp = getTimeMill();
        if (currentStamp < lastStamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastStamp - currentStamp));
        }

        //新的毫秒，序列从0开始，否则序列自增
        if (currentStamp == lastStamp) {
            sequence = (sequence + 1) & this.maxSequenceValue;
            if (sequence == 0L) {
                //Twitter源代码中的逻辑是循环，直到下一个毫秒
                lastStamp = tilNextMillis();
//                throw new IllegalStateException("sequence over flow");
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }

        lastStamp = currentStamp;

        return (currentStamp - START_STAMP) << timestampBitLeftOffset | idcId << idcBitLeftOffset | machineId << machineBitLeftOffset | sequence;
    }

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

    private long tilNextMillis() {
        long timestamp = getTimeMill();
        while (timestamp <= lastStamp) {
            timestamp = getTimeMill();
        }
        return timestamp;
    }
}

参考以下博主:

https://blog.csdn.net/u011499747/article/details/78254990