如何生成分布式雪花算法ID

目录

如何生成分布式雪花算法ID

        如何生成分布式雪花算法ID

        什么是雪花算法

        Snowflake算法的优势

        Snowflake算法的劣势

        雪花算法的结构

2. 雪花算法适用场景

雪花算法生成ID重复问题

1. 标识位如何定义

2. 分配标识位

预分配

动态分配

动态分配实现方案

         开源分布式ID框架

回顾总结

如何生成分布式雪花算法ID

在分布式系统中，常常需要生成全局唯一的ID以防止冲突。尽管36位的UUID能够解决这一问题，但其缺点显而易见：UUID不仅相对较长，而且通常是无序的。

有时我们希望使用一种更为简洁的ID，并且希望这些ID能够按时间顺序生成。

什么是雪花算法

Snowflake，中文称为雪花算法，是Twitter开源的一种分布式ID生成算法。通过该算法生成的ID为64位的长整型数值，其结构中引入了时间戳，从而基本实现了自增。

Snowflake算法的优势

        1.高性能高可用：ID生成不依赖数据库，完全在内存中进行。

        2.高吞吐量：每秒可以生成数百万个自增ID。

        3.ID自增：在数据库中存储时，具有较高的索引效率。

Snowflake算法的劣势

        1.依赖系统时间的一致性：如果系统时间被回调或修改，可能会导致ID冲突或重复。

雪花算法的结构

Snowflake的结构如下图所示：

Snowflake算法的结构由四个部分组成：

        1.不使用位：1bit，最高位是符号位，0表示正，1表示负。在Snowflake算法中，固定为0。
        2.时间戳：41bit，表示毫秒级的时间戳（41位的长度可以使用69年）。
        3.标识位：5bit的数据中心ID和5bit的工作机器ID，两个标识位组合起来最多可以支持部署 1024个节点。
        4.序列号：12bit，用于记录同一毫秒内生成的不同ID，支持每毫秒生成4096个不同的ID。

序列号：12bit递增序列号，用于在同一毫秒内生成唯一ID。每个序列号可以在1毫秒内产生4096个ID，因此在1秒钟内可以生成4096 * 1000 = 409万（4.09M）个唯一ID。

默认情况下，雪花算法使用64bit长度，但具体长度可以根据需要进行配置。如果希望系统运行更长时间，可以增加时间戳的位数；如果需要支持更多节点部署，可以增加标识位的长度；如果并发量很高，可以增加序列号的位数。

总结：雪花算法是灵活可定制的，可以根据系统的具体需求进行调整。

2. 雪花算法适用场景

由于雪花算法生成的ID是有序自增的，因此在MySQL中使用B+ Tree索引结构时可以保证高效插入性能。因此，在实际业务中，雪花算法常用于数据库主键ID和业务关联主键的生成。

雪花算法生成ID重复问题

假设：在一个订单微服务中，通过雪花算法生成ID，并部署了三个节点，且标识位一致。在这种情况下，如果有200个并发请求，均匀分布在三个节点上，且这三个节点在同一毫秒内生成的ID序列号相同，就可能产生重复的ID。

从上述假设场景可以看出，雪花算法生成ID冲突需要满足以下条件：

        1.服务通过集群方式部署，且部分机器的标识位一致。
        2.业务存在一定的并发量；没有并发量则不会触发重复问题。
        3.生成ID的时机：同一毫秒内的序列号一致。

1. 标识位如何定义

如果能保证标识位不重复，则生成的雪花ID也不会重复。通过前面的案例可以看出，ID重复的必要条件。如果要避免服务内产生重复的ID，需要从标识位上进行调整。

我们来看一下开源框架中如何使用雪花算法定义标识位。

Mybatis-Plus v3.4.2：其雪花算法实现类Sequence提供了两种构造方法：无参构造方法会自动生成dataCenterId和workerId；有参构造方法则可以在创建Sequence实例时明确指定标识位。
Hutool v5.7.9：参考了Mybatis-Plus的dataCenterId和workerId生成方案，并提供了默认实现。

下面，我们一起看看Sequence类的默认无参构造方法是如何生成dataCenterId和workerId的。

public static long getDataCenterId(long maxDatacenterId) {
    long id = 1L; // 初始化数据中心ID为1L
    final byte[] mac = NetUtil.getLocalHardwareAddress(); // 获取本地硬件地址（MAC地址）
    if (null != mac) { // 如果MAC地址不为空
        // 计算数据中心ID：
        // 取MAC地址的倒数第二个字节ÿ