SpringBoot 2.x 中分布式ID使用Twitter的分布式自增ID算法snowflake

概述：

• 分布式系统中，有一些需要使用全局唯一ID的场景，这种时候为了防止ID冲突可以使用36位的UUID，但是UUID有一些缺点，首先他相对比较长，另外UUID一般是无序的。
  有些时候我们希望能使用一种简单一些的ID，并且希望ID能够按照时间有序生成。

• 场景：数据库在生产环境中要分片部署（MyCat）,所以我们不能使用数据库本身的自增功能来产生主键值，只能由程序来生成唯一的主键值。

结构

snowflake的结构如下(每部分用-分开):
0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000
第一位为未使用，接下来的41位为毫秒级时间(41位的长度可以使用69年)，然后是5位datacenterId和5位workerId(10位的长度最多支持部署1024个节点） ，最后12位是毫秒内的计数（12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号）
一共加起来刚好64位，为一个Long型。(转换成字符串后长度最多19)
snowflake生成的ID整体上按照时间自增排序，并且整个分布式系统内不会产生ID碰撞（由datacenter和workerId作区分），并且效率较高。经测试snowflake每秒能够产生26万个ID。

SnowflakeIdWorker

package com.gerrywen.seckill.common.snowflake;

import org.springframework.stereotype.Component;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;

/**
 * program: spring-boot-seckill->IdWorker
 *
 * 
名称：IdWorker.java
 * 
描述：分布式自增长ID
 * 
 *     Twitter的 Snowflake　JAVA实现方案
 * 
 * 核心代码为其IdWorker这个类实现，其原理结构如下，我分别用一个0表示一位，用—分割开部分的作用：
 * 1||0---0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000
 * 在上面的字符串中，第一位为未使用（实际上也可作为long的符号位），接下来的41位为毫秒级时间，
 * 然后5位datacenter标识位，5位机器ID（并不算标识符，实际是为线程标识），
 * 然后12位该毫秒内的当前毫秒内的计数，加起来刚好64位，为一个Long型。
 * 这样的好处是，整体上按照时间自增排序，并且整个分布式系统内不会产生ID碰撞（由datacenter和机器ID作区分），
 * 并且效率较高，经测试，snowflake每秒能够产生26万ID左右，完全满足需要。
 * 

 * 64位ID (42(毫秒)+5(机器ID)+5(业务编码)+12(重复累加))
 *
 * author: gerry
 * created: 2020-03-08 22:16
 **/
@Component
public class SnowflakeIdWorker {
    /**
     *  时间起始标记点，作为基准，一般取系统的最近时间（一旦确定不能变动）
     */
    private final static long twepoch = 1583677279775L;
    /**
     *  机器标识位数
     */
    private final static long workerIdBits = 5L;
    /**
     * 数据中心标识位数
     */
    private final static long datacenterIdBits = 5L;
    /**
     * 机器ID最大值
     */
    private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    /**
     * 数据中心ID最大值
     */
    private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    /**
     * 毫秒内自增位
     */
    private final static long sequenceBits = 12L;
    /**
     * 机器ID偏左移12位
     */
    private final static long workerIdShift = sequenceBits;
    /**
     * 数据中心ID左移17位
     */
    private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    /**
     * 时间毫秒左移22位
     */
    private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    /**
     * 上次生产id时间戳
     */
    private static long lastTimestamp = -1L;
    /**
     * 并发控制
     */
    private long sequence = 0L;

    private final long workerId;
    /**
     * 数据标识id部分
     */
    private final long datacenterId;

    public SnowflakeIdWorker(){
        this.datacenterId = getDatacenterId(maxDatacenterId);
        this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, maxWorkerId);
    }
    /**
     * @param workerId
     *            工作机器ID
     * @param datacenterId
     *            序列号
     */
    public SnowflakeIdWorker(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;
    }
    /**
     * 获取下一个ID
     *
     * @return
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // 当前毫秒内，则+1
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                // 当前毫秒内计数满了，则等待下一秒
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }
        lastTimestamp = timestamp;
        // ID偏移组合生成最终的ID，并返回ID
        long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
                | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;

        return nextId;
    }

    private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) {
        long timestamp = this.timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = this.timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

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

    /**
     * 

     * 获取 maxWorkerId
     * 
     */
    protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) {
        StringBuilder mpid = new StringBuilder();
        mpid.append(datacenterId);
        String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
        if (!name.isEmpty()) {
            /*
             * GET jvmPid
             */
            mpid.append(name.split("@")[0]);
        }
        /*
         * MAC + PID 的 hashcode 获取16个低位
         */
        return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
    }

    /**
     * 

     * 数据标识id部分
     * 
     */
    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;
    }


    //==============================Test=============================================
    /** 测试 */
    public static void main(String[] args) {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            long id = idWorker.nextId();
            System.out.println(Long.toBinaryString(id));
            System.out.println(id);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时：" + (end - begin) + "ms");
    }
}