雪花算法：妙招实现唯一ID生成

后端

2024-02-24 14:56:28

引言

在现代软件系统中，唯一ID是至关重要的，它用于标识数据实体、跟踪用户活动，以及管理分布式系统。传统的ID生成方法，如自增ID或UUID，在处理分布式系统和高并发场景时存在局限性。

雪花算法概述

雪花算法由Twitter于2010年提出，是一种开源的分布式唯一ID生成算法。它使用一个64位的整数，将时间戳、工作机器ID和序列号三个部分组合在一起，生成一个唯一且有序的ID。

雪花算法结构

雪花算法的64位ID结构如下：

第1位（最高位）：未使用，始终为0。
第2-42位：时间戳，使用的是毫秒级的时间戳（从某个纪元开始）。
第43-52位：工作机器ID，最多支持1024个工作机器。
第53-64位：序列号，每毫秒内最多生成1023个ID。

雪花算法原理

雪花算法的工作原理如下：

初始化时，需要指定一个纪元时间（毫秒级），以及工作机器ID。
生成ID时，首先获取当前时间戳，然后将它与纪元时间相减，得到相对时间戳。
相对时间戳左移22位，与工作机器ID左移10位进行按位或运算。
将结果与序列号左移12位进行按位或运算，得到最终的ID。

雪花算法实现

可以通过各种编程语言实现雪花算法。下面是一个Java实现示例：

public class SnowflakeIdGenerator {

    private static final long EPOCH = 1627326934735L; // 纪元时间，毫秒级
    private static final long WORKER_ID_BITS = 10L; // 工作机器ID位数
    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L; // 序列号位数

    private static long workerId; // 工作机器ID
    private static long lastTimestamp; // 上一次生成ID的时间戳
    private static long sequence; // 序列号

    public SnowflakeIdGenerator(long workerId) {
        if (workerId < 0 || workerId >= (1 << WORKER_ID_BITS)) {
            throw new IllegalArgumentException("Worker ID must be between 0 and " + ((1 << WORKER_ID_BITS) - 1));
        }
        SnowflakeIdGenerator.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long generateId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new IllegalStateException("Clock moved backwards.");
        }
        if (timestamp == lastTimestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & ((1 << SEQUENCE_BITS) - 1);
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        lastTimestamp = timestamp;
        return ((timestamp - EPOCH) << (WORKER_ID_BITS + SEQUENCE_BITS)) | (workerId << SEQUENCE_BITS) | sequence;
    }

    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }

}