一次复杂的雪花算法使用总结

一、雪花算法简介：

1、雪花算法是Twitter 开源的分布式、自增长 id 生成算法；

2、雪花算法生成的id是一个无符号长整型（unsigned long）的id，它占64个bit（8*8）；

二、项目背景：

1、多台服务器组成的集群；

2、每台服务器同时启动多个worker；

3、每个worker使用雪花算法生成自增长id、再通过mycat进行批量入库。

三、需求分析：

1、自增长；

2、分布式；

显然，雪花算法很适合我们。

四、问题分析及解决方案：

1、Q：如何确保生成的id为正？

A：让id的第一个bit位固定为0。

2、Q：如何确保id自增？

A：使用毫秒级时间戳。

3、如何确保集群中不同的机器上的生成id不重复？

A1：每台服务器有一个固定的机器id（hostid），这个能确保集群中不同的机器上的生成id不重复。

A2：给每台服务器配置一个id，用这个id代替hostid，这个能确保集群中不同的机器上的生成id不重复。

4、如何确保同一台机器上不同的worker生成的id不重复？

A1：每个worker即一个进程（pid），可以取进程id来区别不同worker。

A2：将每个worker的pid映射成对应的workerid，并写入配置文件中。

5、如何确保同一worker的同一毫秒内生成的id不重复？

A：增加序号来控制，如果时间相同则改变序号值。

 

通过上面的分析，我们可以确定雪花算法生成的id包括以下五部分：符号位、时间戳、hostid、workerid、序号

1）符号位，无意义；

2）时间戳，控制自增长；

3）hostid，控制不同机器生成不重复的id；

4）workerid，控制同一机器上不同进程生成不重复的id；

5）序号，控制同一机器上同一进程且同一时刻生成不重复的id；

五、bit资源分配方案：

1、符号位，固定1个bit；

2、时间戳，时间戳越大，我们能够使用的年限越多，36个bit大概可以使用两年多，41个bit大概可以使用69年。为了不吃官司，我们的时间戳应该控制在36~41位；

3、hostid，服务器自带的hostid占6位（48个bit），显然不能用它，所以我们需要给集群中的每一台服务器添加一个配置文件，每台服务器配置一个唯一的id作为hostid；

4、workerid，我们知道进程id一般最大为0x7fff，占15个bit，显然bit资源也不够分，所以我们需要将每个worker的pid映射成对应的workerid，并写入配置文件中；

6、序号，根据实际情况设置范围。

综上，我的分配方案如下：

1）符号位，1bit；

2）时间戳，41bit；

3）hostid，5bit（0~31）；

4）workerid，5bit（0~31）；

6）序号，12bit（0~4095）

该方案最多支持32台服务器的集群，每台服务器上最多同时启动32个worker（具体还得根据服务器资源分配）。

六、hostid和workerid的配置文件（Severcfg.xml）：

1）Severcfg.xml

其中Hostid需要手动配置，集群中每台服务器的Hostid必须不一致；WorkerInfo是由worker启动脚本动态添加。

2）worker启动脚本：

#! /bin/bash
WORKER_DIR="/home/fleet/worker"
data_time=`date +'%Y-%m-%d'`
WORKER_NAME="/home/fleet/worker/worker.jar"
WORKER_PORT=23451
WORKER_COUNT=10
WORKER_LOG_PATH="/home/fleet/worker/logs"
SEVERCFG="/home/fleet/lib64/config/Severcfg.xml"

#判断worker所在路径是否为全路径
if [[ ! $WORKER_NAME =~ ^\/.* ]];then
        WORKER_NAME=$WORKER_DIR/$WORKER_NAME
fi

#判断日志路径是否为全路径
if [[ ! $WORKER_LOG_PATH =~ ^\/.* ]];then
        WORKER_LOG_PATH=$WORKER_DIR/$WORKER_LOG_PATH
fi

#判断worker是否存在
if [ ! -f $WORKER_NAME ];then
        echo "$WORKER_NAME not exist!"
        exit 1
fi

#如果日志路径不存在，创建之
if [ ! -d "$WORKER_LOG_PATH" ];then
        echo "mkdir $WORKER_LOG_PATH"
        mkdir $WORKER_LOG_PATH
fi

echo "WORKER_NAME:$WORKER_NAME, WORKER_PORT:<$WORKER_PORT~$[$WORKER_PORT+$[$WORKER_COUNT-1]]>, WORKER_COUNT:$WORKER_COUNT WORKER_LOG_PATH:$WORKER_LOG_PATH WORKER_DIR=$WORKER_DIR";

#start worker
cd $WORKER_DIR
source /home/fleet/.bashrc;
for ((i=0; i < $WORKER_COUNT; i++))
do
        pid=$(netstat -nlp | grep ":$WORKER_PORT" | awk '{print $7}' | awk -F"/" '{ print $1 }');
        if [ ! -n "$pid" ]; then
                WORKER_OUTFILE=$WORKER_LOG_PATH/worker$WORKER_PORT-$data_time.out
                echo "About to start process<$WORKER_NAME>, port:$WORKER_PORT, log:$WORKER_OUTFILE";
                nohup java -Xms1024m -Xmx1024m -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m -XX:MaxNewSize=512m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=$WORKER_DIR -jar -Dserver.port=$WORKER_PORT -Dmanagement.server.port=$WORKER_PORT $WORKER_NAME >> $WORKER_OUTFILE 2>&1 &
        else
                 echo "WORKER_PORT:$WORKER_PORT already occupied";
        fi

　　     #将pid的映射id写入配置文件中
        if [ -f $SEVERCFG ]; then
                sed -i "/$WORKER_PORT/d" $SEVERCFG
                sed -i "/HostId/a\      " $SEVERCFG
        fi
        WORKER_PORT=$[$WORKER_PORT+1];
done

ulimit -c unlimited;
ulimit -c;

 

该脚本的主要作用是：以某个端口为起始，启动多个worker，并将worker进程id映射成0~31范围内的id，写入配置文件中。

3）worker停止脚本

#! /bin/sh
#stop workerjar
WORKER_DIR=$(cd $(dirname $0); pwd)
WORKER_NAME="worker.jar"
CLEAR_WORKER_CRONTAB="$WORKER_DIR/clear-worker-crontab.sh"
SEVERCFG="/home/fleet/lib64/config/Severcfg.xml"

if [ $# -eq 1 ];then
        WORKER_NAME=$1
else
        if [ $# -gt 1 ];then
                echo "Too many parameters"
                exit 1
        fi
fi

pid=`ps -aux |grep java | grep $WORKER_NAME | awk '{print $2}'`
if [ -n "$pid" ];then
        kill -15 $pid
        echo "kill worker process[$pid] success"
else
        echo "not find worker process"
fi

#删除定时器
chmod 755 $CLEAR_WORKER_CRONTAB;
$CLEAR_WORKER_CRONTAB;

sed -i '/HostId/d' $SEVERCFG

4）其他脚本此处略，包括定时器等。有需要可以在下面评论区评论。

七、接下来要做的就简单了，读取配置文件中的Hostid，获取当前进程id和配置文件中的进程id做匹配，得到其对应的映射的workerid，然后再通过位运算实现雪花算法。由于时间有限，雪花算法的C++和Java实现代码，略，有需要可以评论区评论，后面也可能补上。