雪花算法使用

什么是雪花算法

      雪花算法是Twitter公司发明的一种算法,主要目的是解决在分布式环境下,ID怎样生成的问题其核心是生成一个64bit位的long型整数,既引用了时间戳保持递增,又增加机器id

示例图:

雪花算法使用_第1张图片

  1. 第一个部分,是 1 个 bit:0,这个是无意义的,0是正数。
  2. 第二个部分是 41 个 bit:表示的是时间戳。
  3. 第三个部分是10个bit,其中 5 个 bit:表示的是机房 id,10001。5 个 bit:表示的是机器 id,11001。
  4. 第四个部分是 12 个 bit:表示的序号,就是某个机房某台机器上这一毫秒内同时生成的 id 的序号,0000 00000000。

示例程序

package utils;

import java.net.InetAddress;

/**
 *  优点
 *      (1)高性能高可用:生成时不依赖于数据库,完全在内存中生成。
 *      (2)容量大:每秒中能生成数百万的自增ID。
 *      (3)ID自增:存入数据库中,索引效率高。
 * 缺点
 *      依赖与系统时间的一致性,如果系统时间被回调,或者改变,可能会造成id冲突或者重复。
 * @author:w
 * @Date:2022/2/24 10:29
 * @description 采用雪花算法生成唯一id
 */
public class UUId {
    //因为二进制里第一个 bit 为如果是 1,那么都是负数,但是我们生成的 id 都是正数,所以第一个 bit 统一都是 0。

    /**
     * 机器ID  2进制5位  32位减掉1位 31个
     */
    private static long workerId;
    /**
     * 机房ID 2进制5位  32位减掉1位 31个
     */
    private static long datacenterId;
    /**
     * 代表一毫秒内生成的多个id的最新序号  12位 4096 -1 = 4095 个
     */
    private static long sequence;
    /**
     * 设置一个时间初始值2022-02-24 14:46:11    2^41 - 1   差不多可以用69年
     */
    private static long startTime = 1645685230203L;
    /**
     * 5位的机器id
     */
    private static long workerIdBits = 5L;
    /**
     * 5位的机房id
     */
    private static long datacenterIdBits = 5L;
    /**
     * 每毫秒内产生的id数 2 的 12次方
     */
    private static long sequenceBits = 12L;
    /**
     * 这个是二进制运算,就是5 bit最多只能有31个数字,也就是说机器id最多只能是32以内
     */
    private static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    /**
     * 这个是一个意思,就是5 bit最多只能有31个数字,机房id最多只能是32以内
     */
    private static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);

    private static long workerIdShift = sequenceBits;
    private static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    private static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    /**
     * 记录产生时间毫秒数,判断是否是同1毫秒
     */
    private static long lastTimestamp = -1L;


    static {
        //初始化机器id和机房id
        workerId=0;
        datacenterId=0;
        try{
            //本机ip对象
            InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
            //本机ip地址
            String address = localHost.getHostAddress();
            String endIp = address.substring(address.lastIndexOf(".")+1);
            int i = Integer.parseInt(endIp);
            workerId=i%maxWorkerId;
            datacenterId=i%maxDatacenterId;
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /*public UUId(long workerId, long datacenterId, long sequence) {

        // 检查机房id和机器id是否超过31 不能小于0
        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;
        this.sequence = sequence;
    }*/

    /**
     * 这个是核心方法,通过调用nextId()方法,让当前这台机器上的snowflake算法程序生成一个全局唯一的id
     * @return
     */
    public static synchronized String nextId() {
        // 这儿就是获取当前时间戳,单位是毫秒
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            System.err.printf(
                    "clock is moving backwards. Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds",
                            lastTimestamp - timestamp));
        }

        /**
         * 下面是说假设在同一个毫秒内,又发送了一个请求生成一个id
         * 这个时候就得把seqence序号给递增1,最多就是4096
         */
        if (lastTimestamp == timestamp) {

            // 这个意思是说一个毫秒内最多只能有4096个数字,无论你传递多少进来,
            //这个位运算保证始终就是在4096这个范围内,避免你自己传递个sequence超过了4096这个范围
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //当某一毫秒的时间,产生的id数 超过4095,系统会进入阻塞,直到下一毫秒,系统继续产生ID
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }

        } else {
            sequence = 0;
        }
        // 这儿记录一下最近一次生成id的时间戳,单位是毫秒
        lastTimestamp = timestamp;
        /**
         * 这儿就是最核心的二进制位运算操作,生成一个64bit的id
         *     先将当前时间戳左移,放到41 bit那儿;将机房id左移放到5 bit那儿;将机器id左移放到5 bit那儿;将序号放最后12 bit
         *     最后拼接起来成一个64 bit的二进制数字,转换成10进制就是个long型
         */
        return (((timestamp - startTime) << timestampLeftShift) |
                (datacenterId << datacenterIdShift) |
                (workerId << workerIdShift) | sequence)+"";
    }

    /**
     * 当某一毫秒的时间,产生的id数 超过4095,系统会进入等待,直到下一毫秒,系统继续产生ID
     * @param lastTimestamp
     * @return
     */
    private static long tilNextMillis(long lastTimestamp) {

        long timestamp = timeGen();

        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    /**
     * 获取当前时间戳
     * @return
     */
    private static long timeGen(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

    /**
     * 私有化构造器
     */
    private UUId(){ }

    /**
     *  main 测试类
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(UUId.workerId);
        System.out.println(UUId.datacenterId);
        long start=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("开始时间:"+start);
        //测试20万个797毫秒
        //测试200万个7717毫秒
		for (int i = 0; i < 2000000; i++) {
			System.out.println(UUId.nextId());
		}
        System.out.println("结束时间:"+(System.currentTimeMillis()-start));
    }
}

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