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Java实现雪花算法的代码怎么写

一、介绍SnowFlow算法是Twitter推出的分布式id生成算法,主要核心思想就是利用64bit的long类型的数字作为全局的id。在分布式系统中经常应用到,并且,在id中加入了时间戳的概念,基本上保持不重复,并且持续一种向上增加的方式。在这64bit中,其中``第一个bit是不用的,然后用其中的41个bit作为毫秒数,用10bit作为工作机器id,12bit`作为序列号.具体如下图所示:第一个部分:0,这个是个符号位,因为在二进制中第一个bit如果是1的话,那么都是负数,但是我们生成的这些id都是正

本文目录

    一、介绍

    SnowFlow算法是Twitter推出的分布式id生成算法,主要核心思想就是利用64bit的long类型的数字作为全局的id。在分布式系统中经常应用到,并且,在id中加入了时间戳的概念,基本上保持不重复,并且持续一种向上增加的方式。

    在这64bit中,其中``第一个bit是不用的,然后用其中的41个bit作为毫秒数,用10bit作为工作机器id,12bit`作为序列号.具体如下图所示:

    Java实现雪花算法的代码怎么写

    第一个部分:0,这个是个符号位,因为在二进制中第一个bit如果是1的话,那么都是负数,但是我们生成的这些id都是正数,所以第一个bit基本上都是0

    第二个部分:41个bit,代表的是一个时间戳,41bit可以表示的数字多达$2^{41} $-1,也可以表示2^{41}-1个毫秒值,基本上差不多是69年。

    第三个部分:5个bit 表示的是机房id。

    第四个部分:5个bit 表示的是机器id。

    第五个部分:12个bit 表示的是机房id,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,如果是同一毫秒,那么这个雪花值就会递增

    简单来说,你的某个服务假设要生成一个全局唯一 id,那么就可以发送一个请求给部署了 SnowFlake 算法的系统,由这个 SnowFlake 算法系统来生成唯一 id。

    这个算法可以保证说,一个机房的一台机器上,在同一毫秒内,生成了一个唯一的 id。可能一个毫秒内会生成多个 id,但是有最后 12 个 bit 的序号来区分开来。

    下面我们就来简单看下这个算法的代码实现部分。

    总之就是用一个64bit的数字中各个bit位置来设置不同的标志位

    二、代码实现

    package com.lhh.utils;
    
    /**
     * @author liuhuanhuan
     * @version 1.0
     * @date 2022/2/21 22:33
     * @describe Twitter推出的分布式唯一id算法
     */
    public class SnowFlow {
        //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 long workerId;
        //机房ID 2进制5位  32位减掉1位 31个
        private 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 long sequence;
        //设置一个时间初始值    2^41 - 1   差不多可以用69年
        private long twepoch = 1585644268888L;
        //5位的机器id
        private long workerIdBits = 5L;
        //5位的机房id;。‘
        private long datacenterIdBits = 5L;
        //每毫秒内产生的id数 2 的 12次方
        private 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 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 long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    
        private long workerIdShift = sequenceBits;
        private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
        private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    
        // -1L 二进制就是1111 1111  为什么?
        // -1 左移12位就是 1111  1111 0000 0000 0000 0000
        // 异或  相同为0 ,不同为1
        // 1111  1111  0000  0000  0000  0000
        // ^
        // 1111  1111  1111  1111  1111  1111
        // 0000 0000 1111 1111 1111 1111 换算成10进制就是4095
        private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
        //记录产生时间毫秒数,判断是否是同1毫秒
        private long lastTimestamp = -1L;
        public long getWorkerId(){
            return workerId;
        }
        public long getDatacenterId() {
            return datacenterId;
        }
        public long getTimestamp() {
            return System.currentTimeMillis();
        }
    
    
        public SnowFlow() {
        }
    
        public SnowFlow(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
        public synchronized long nextId() {
            // 这儿就是获取当前时间戳,单位是毫秒
            long timestamp = timeGen();
            // 判断是否小于上次时间戳,如果小于的话,就抛出异常
            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 (timestamp == lastTimestamp) {
    
                // 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,系统会进入等待,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 - twepoch) << 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 long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
    
            long timestamp = timeGen();
    
            while (timestamp <= lastTimestamp) {
                timestamp = timeGen();
            }
            return timestamp;
        }
        //获取当前时间戳
        private long timeGen(){
            return System.currentTimeMillis();
        }
    
        /**
         *  main 测试类
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
    //        System.out.println(1&4596);
    //        System.out.println(2&4596);
    //        System.out.println(6&4596);
    //        System.out.println(6&4596);
    //        System.out.println(6&4596);
    //        System.out.println(6&4596);
            SnowFlow snowFlow = new SnowFlow(1, 1, 1);
            for (int i = 0; i < 22; i++) {
                System.out.println(snowFlow.nextId());
    //		}
            }
        }
    }

    三、算法优缺点

    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(时钟重播造成的id重复问题)

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