Twitter的分布式自增ID算法snowflake (Java版)

简介:

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。

而twitter的snowflake解决了这种需求,最初Twitter把存储系统从MySQL迁移到Cassandra,因为Cassandra没有顺序ID生成机制,所以开发了这样一套全局唯一ID生成服务。

 

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。(转换成字符串长度为18)

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。据说:snowflake每秒能够产生26万个ID。

 

源码

(JAVA版本的源码)

复制代码
复制代码
/**
 * Twitter_Snowflake<br>
 * SnowFlake的结构如下(每部分用-分开):<br>
 * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000 <br>
 * 1位标识,由于long基本类型在Java中是带符号的,最高位是符号位,正数是0,负数是1,所以id一般是正数,最高位是0<br>
 * 41位时间截(毫秒级),注意,41位时间截不是存储当前时间的时间截,而是存储时间截的差值(当前时间截 - 开始时间截)
 * 得到的值),这里的的开始时间截,一般是我们的id生成器开始使用的时间,由我们程序来指定的(如下下面程序IdWorker类的startTime属性)。41位的时间截,可以使用69年,年T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69<br>
 * 10位的数据机器位,可以部署在1024个节点,包括5位datacenterId和5位workerId<br>
 * 12位序列,毫秒内的计数,12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒(同一机器,同一时间截)产生4096个ID序号<br>
 * 加起来刚好64位,为一个Long型。<br>
 * SnowFlake的优点是,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(由数据中心ID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。
 */
public class SnowflakeIdWorker {

    // ==============================Fields===========================================
    /** 开始时间截 (2015-01-01) */
    private final long twepoch = 1420041600000L;

    /** 机器id所占的位数 */
    private final long workerIdBits = 5L;

    /** 数据标识id所占的位数 */
    private final long datacenterIdBits = 5L;

    /** 支持的最大机器id,结果是31 (这个移位算法可以很快的计算出几位二进制数所能表示的最大十进制数) */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    /** 支持的最大数据标识id,结果是31 */
    private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);

    /** 序列在id中占的位数 */
    private final long sequenceBits = 12L;

    /** 机器ID向左移12位 */
    private final long workerIdShift = sequenceBits;

    /** 数据标识id向左移17位(12+5) */
    private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;

    /** 时间截向左移22位(5+5+12) */
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    /** 生成序列的掩码,这里为4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    /** 工作机器ID(0~31) */
    private long workerId;

    /** 数据中心ID(0~31) */
    private long datacenterId;

    /** 毫秒内序列(0~4095) */
    private long sequence = 0L;

    /** 上次生成ID的时间截 */
    private long lastTimestamp = -1L;

    //==============================Constructors=====================================
    /**
     * 构造函数
     * @param workerId 工作ID (0~31)
     * @param datacenterId 数据中心ID (0~31)
     */
    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;
    }

    // ==============================Methods==========================================
    /**
     * 获得下一个ID (该方法是线程安全的)
     * @return SnowflakeId
     */
    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();

        //如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳,说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(
                    String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }

        //如果是同一时间生成的,则进行毫秒内序列
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            //毫秒内序列溢出
            if (sequence == 0) {
                //阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        }
        //时间戳改变,毫秒内序列重置
        else {
            sequence = 0L;
        }

        //上次生成ID的时间截
        lastTimestamp = timestamp;

        //移位并通过或运算拼到一起组成64位的ID
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) //
                | (datacenterId << datacenterIdShift) //
                | (workerId << workerIdShift) //
                | sequence;
    }

    /**
     * 阻塞到下一个毫秒,直到获得新的时间戳
     * @param lastTimestamp 上次生成ID的时间截
     * @return 当前时间戳
     */
    protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    /**
     * 返回以毫秒为单位的当前时间
     * @return 当前时间(毫秒)
     */
    protected long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //==============================Test=============================================
    /** 测试 */
    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            long id = idWorker.nextId();
            System.out.println(Long.toBinaryString(id));
            System.out.println(id);
        }
    }
}
复制代码
复制代码

 

 

参考

https://github.com/twitter/snowflake

分类: JAVA
 
 
本文转自左正博客园博客,原文链接: http://www.cnblogs.com/soundcode/p/7199338.html,如需转载请自行联系原作者
 
相关文章
|
2月前
|
算法 Go
[go 面试] 雪花算法与分布式ID生成
[go 面试] 雪花算法与分布式ID生成
|
2月前
|
存储 算法 NoSQL
(七)漫谈分布式之一致性算法下篇:一文从根上儿理解大名鼎鼎的Raft共识算法!
Raft通过一致性检查,能在一定程度上保证集群的一致性,但无法保证所有情况下的一致性,毕竟分布式系统各种故障层出不穷,如何在有可能发生各类故障的分布式系统保证集群一致性,这才是Raft等一致性算法要真正解决的问题。
94 11
|
2月前
|
存储 算法 索引
(六)漫谈分布式之一致性算法上篇:用二十六张图一探Raft共识算法奥妙之处!
现如今,大多数分布式存储系统都投向了Raft算法的怀抱,而本文就来聊聊大名鼎鼎的Raft算法/协议!
|
2月前
|
存储 算法 Java
(五)漫谈分布式之一致性算法篇:谁说Paxos晦涩难懂?你瞧这不一学就会!
没在时代发展的洪流中泯然于众的道理很简单,是因为它们并不仅是空中楼阁般的高大上理论,而是有着完整落地的思想,它们已然成为构建分布式系统不可或缺的底层基石,而本文则来好好聊聊分布式与一致性思想的落地者:Paxos与Raft协议(算法)。
|
3月前
|
算法 前端开发
|
3月前
|
缓存 算法 NoSQL
Java中的分布式缓存与一致性哈希算法
Java中的分布式缓存与一致性哈希算法
|
4月前
|
算法 数据中心 Python
基于python雪花算法工具类Snowflake-来自chatGPT
基于python雪花算法工具类Snowflake-来自chatGPT
|
4月前
|
算法 PHP 数据中心
基于php雪花算法工具类Snowflake -来自chatGPT
基于php雪花算法工具类Snowflake -来自chatGPT
|
4月前
|
算法 数据中心 C++
基于C++雪花算法工具类Snowflake -来自chatGPT
基于C++雪花算法工具类Snowflake -来自chatGPT
|
3月前
|
算法
分布式篇问题之避免陷入死循环,保证Paxos算法的活性问题如何解决
分布式篇问题之避免陷入死循环,保证Paxos算法的活性问题如何解决

热门文章

最新文章