分布式自增ID算法---雪花算法(SnowFlake)Java实现

简介: 分布式自增ID算法---雪花算法(SnowFlake)Java实现

分布式id生成算法的有很多种,Twitter的SnowFlake就是其中经典的一种。

算法原理

SnowFlake算法生成id的结果是一个64bit大小的整数,它的结构如下图:

1bit,不用,因为二进制中最高位是符号位,1表示负数,0表示正数。生成的id一般都是用整数,所以最高位固定为0。


41bit-时间戳,用来记录时间戳,毫秒级。


- 41位可以表示个数字,


- 如果只用来表示正整数(计算机中正数包含0),可以表示的数值范围是:0 至 ,减1是因为可表示的数值范围是从0开始算的,而不是1。


- 也就是说41位可以表示个毫秒的值,转化成单位年则是年



3:10bit-工作机器id,用来记录工作机器id。


- 可以部署在个节点,包括5位datacenterId和5位workerId


- 5位(bit)可以表示的最大正整数是,即可以用0、1、2、3、....31这32个数字,来表示不同的datecenterId或workerId



4:12bit-序列号,序列号,用来记录同毫秒内产生的不同id。


- 12位(bit)可以表示的最大正整数是,即可以用0、1、2、3、....4094这4095个数字,来表示同一机器同一时间截(毫秒)内产生的4095个ID序号。



由于在Java中64bit的整数是long类型,所以在Java中SnowFlake算法生成的id就是long来存储的SnowFlake可以保证:

  1. 所有生成的id按时间趋势递增
  2. 整个分布式系统内不会产生重复id(因为有datacenterId和workerId来做区分)

Twitter官方给出的算法实现 是用Scala写的,这里不做分析,可自行查看。

Java版算法实现

public class IdWorker{
 
    //下面两个每个5位,加起来就是10位的工作机器id
    private long workerId;    //工作id
    private long datacenterId;   //数据id
    //12位的序列号
    private long sequence;
 
    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence){
        // sanity check for workerId
        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));
        }
        System.out.printf("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);
 
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }
 
    //初始时间戳
    private long twepoch = 1288834974657L;
 
    //长度为5位
    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    //最大值
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    //序列号id长度
    private long sequenceBits = 12L;
    //序列号最大值
    private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    
    //工作id需要左移的位数,12位
    private long workerIdShift = sequenceBits;
   //数据id需要左移位数 12+5=17位
    private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    //时间戳需要左移位数 12+5+5=22位
    private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    
    //上次时间戳,初始值为负数
    private long lastTimestamp = -1L;
 
    public long getWorkerId(){
        return workerId;
    }
 
    public long getDatacenterId(){
        return datacenterId;
    }
 
    public long getTimestamp(){
        return System.currentTimeMillis();
    }
 
     //下一个ID生成算法
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();
 
        //获取当前时间戳如果小于上次时间戳,则表示时间戳获取出现异常
        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));
        }
 
        //获取当前时间戳如果等于上次时间戳(同一毫秒内),则在序列号加一;否则序列号赋值为0,从0开始。
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        
        //将上次时间戳值刷新
        lastTimestamp = timestamp;
 
        /**
          * 返回结果:
          * (timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) 表示将时间戳减去初始时间戳,再左移相应位数
          * (datacenterId << datacenterIdShift) 表示将数据id左移相应位数
          * (workerId << workerIdShift) 表示将工作id左移相应位数
          * | 是按位或运算符,例如:x | y,只有当x,y都为0的时候结果才为0,其它情况结果都为1。
          * 因为个部分只有相应位上的值有意义,其它位上都是0,所以将各部分的值进行 | 运算就能得到最终拼接好的id
        */
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
                (datacenterId << datacenterIdShift) |
                (workerId << workerIdShift) |
                sequence;
    }
 
    //获取时间戳,并与上次时间戳比较
    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }
 
    //获取系统时间戳
    private long timeGen(){
        return System.currentTimeMillis();
    }
 
    //---------------测试---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }
 
}


相关文章
|
5天前
|
算法 关系型数据库 MySQL
分布式唯一ID生成:深入理解Snowflake算法在Go中的实现
在分布式系统中,确保每个节点生成的 ID 唯一且高效至关重要。Snowflake 算法由 Twitter 开发,通过 64 位 long 型数字生成全局唯一 ID,包括 1 位标识位、41 位时间戳、10 位机器 ID 和 12 位序列号。该算法具备全局唯一性、递增性、高可用性和高性能,适用于高并发场景,如电商促销时的大量订单生成。本文介绍了使用 Go 语言的 `bwmarrin/snowflake` 和 `sony/sonyflake` 库实现 Snowflake 算法的方法。
18 1
分布式唯一ID生成:深入理解Snowflake算法在Go中的实现
|
14天前
|
存储 NoSQL Java
Java调度任务如何使用分布式锁保证相同任务在一个周期里只执行一次?
【10月更文挑战第29天】Java调度任务如何使用分布式锁保证相同任务在一个周期里只执行一次?
38 1
|
1月前
|
缓存 NoSQL Java
大数据-50 Redis 分布式锁 乐观锁 Watch SETNX Lua Redisson分布式锁 Java实现分布式锁
大数据-50 Redis 分布式锁 乐观锁 Watch SETNX Lua Redisson分布式锁 Java实现分布式锁
59 3
大数据-50 Redis 分布式锁 乐观锁 Watch SETNX Lua Redisson分布式锁 Java实现分布式锁
|
1月前
|
分布式计算 NoSQL Java
Hadoop-32 ZooKeeper 分布式锁问题 分布式锁Java实现 附带案例和实现思路代码
Hadoop-32 ZooKeeper 分布式锁问题 分布式锁Java实现 附带案例和实现思路代码
43 2
|
1月前
|
NoSQL Java 数据库
Java分布式锁
Java分布式锁
37 0
|
1月前
|
缓存 Java 数据库
JAVA分布式CAP原则
JAVA分布式CAP原则
52 0
|
3月前
|
存储 NoSQL Java
一天五道Java面试题----第十一天(分布式架构下,Session共享有什么方案--------->分布式事务解决方案)
这篇文章是关于Java面试中的分布式架构问题的笔记,包括分布式架构下的Session共享方案、RPC和RMI的理解、分布式ID生成方案、分布式锁解决方案以及分布式事务解决方案。
一天五道Java面试题----第十一天(分布式架构下,Session共享有什么方案--------->分布式事务解决方案)
|
3月前
|
消息中间件 Java Kafka
"Kafka快速上手:从环境搭建到Java Producer与Consumer实战,轻松掌握分布式流处理平台"
【8月更文挑战第10天】Apache Kafka作为分布式流处理平台的领头羊,凭借其高吞吐量、可扩展性和容错性,在大数据处理、实时日志收集及消息队列领域表现卓越。初学者需掌握Kafka基本概念与操作。Kafka的核心组件包括Producer(生产者)、Broker(服务器)和Consumer(消费者)。Producer发送消息到Topic,Broker负责存储与转发,Consumer则读取这些消息。首先确保已安装Java和Kafka,并启动服务。接着可通过命令行创建Topic,并使用提供的Java API实现Producer发送消息和Consumer读取消息的功能。
71 8
|
3月前
|
安全 Java 数据库连接

热门文章

最新文章