SnowFlake雪花算法的介绍及Java实现(工具类)

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-02-20 06:21 146阅读 0赞

# 一、概念 #

#### ❄ 什么是雪花算法 ####

SnowFlake算法是Twitter公司出品的开源的分布式id生成算法  
其特点为 使用一个64 bit的long型的数字作为全局唯一 id  
雪花算法在分布式系统中的应用十分广泛 且引入了时间戳 基本保持自增

#### ❄ 雪花算法字符串各部分的含义 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1BpY29uam8_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  第`1位`是**符号位** 始终为`0`  
    *(这是因为生成的id都是正数 而在二进制中第一个bit若为0则不为负数)*
 *  后面是`41位`的**时间戳** 精确到毫秒级  
    41位的长度可以表示2^41-1个毫秒值 也就是说可以使用69年  
    时间戳还有一个很重要的作用 可以**根据时间进行排序**
 *  之后的`10位`是**机器标识** 前5bit是机房id 后5bit是机器id  
    10位的长度表明该服务最多可以部署在2^10台机器(即1024台机器)上
 *  最后`12位`是**计数序列号**  
    序列号是一系列的自增id 表示了同一个毫秒内产生的不同id  
    可以支持同一节点同一毫秒生成多个id 12位的计数序列号支持每个节点每毫秒产生2^12-1(即4096)个ID序号

#### ❄ 生成过程 ####

*  1、若某个服务需要生成一个唯一id 则发送一个请求给部署了SnowFlake算法的系统(前提是该SnowFlake算法系统知道自己所在的机房和机器的编号)
 *  2、SnowFlake算法系统接收到该请求后 使用二进制位运算的方式生成一个64bit的long型id 当然 第一个bit是无意义的
 *  3、接着41个bit使用当前时间戳(单位为毫秒) 然后的5bit设为该机房的id 剩余5bit设为机器的id
 *  4、最后 再判断当前机房的该机器在这一毫秒内是第几个请求 给本次生成id的请求后再累加一个序号 作为id最后的12个bit  
    至此 就得到了一个64bit的唯一id 这就是**雪花算法**

# 二、代码实现 #

#### 工具类： ####

public class SnowFlakeUtil {
        
    
        // 起始时间戳
        private final static long START_STMP = 1480166465631L;
    
        // 每部分的位数
        private final static long SEQUENCE_BIT = 12; // 序列号占用位数
        private final static long MACHINE_BIT = 5; // 机器id占用位数
        private final static long DATACENTER_BIT = 5; // 机房id占用位数
    
        // 每部分最大值
        private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
        private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
        private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
    
        // 每部分向左的位移
        private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
        private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
        private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;
    
        private long datacenterId; // 机房id
        private long machineId; // 机器id
        private long sequence = 0L; // 序列号
        private long lastStmp = -1L; // 上次的时间戳
    
        public SnowFlakeUtil(long datacenterId, long machineId) {
        
            if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0)
            {
        
                throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
            }
            if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0)
            {
        
                throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
            }
            this.datacenterId = datacenterId;
            this.machineId = machineId;
        }
    
        // 产生下一个ID
        public synchronized long getNextId() {
        
            long currStmp = getNewstmp();
            if (currStmp < lastStmp) {
        
                throw new RuntimeException("Clock moved backwards.Refusing to generate id");
            }
            if (currStmp == lastStmp) {
        
                // 若在相同毫秒内 序列号自增
                sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
                // 同一毫秒的序列数已达到最大
                if (sequence == 0L)
                {
        
                    currStmp = getNextMill();
                }
            } else {
        
                // 若在不同毫秒内 则序列号置为0
                sequence = 0L;
            }
            lastStmp = currStmp;
    
            return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT // 时间戳部分
                    | datacenterId << DATACENTER_LEFT // 机房id部分
                    | machineId << MACHINE_LEFT // 机器id部分
                    | sequence; // 序列号部分
        }
    
        // 获取新的毫秒数
        private long getNextMill()
        {
        
            long mill = getNewstmp();
            while (mill <= lastStmp)
            {
        
                mill = getNewstmp();
            }
            return mill;
        }
    
        // 获取当前的毫秒数
        private long getNewstmp()
        {
        
            return System.currentTimeMillis();
        }
    }

#### 使用： ####

SnowFlakeUtil snowFlakeUtil = new SnowFlakeSnowFlakeUtil (12,13);
    System.out.println(snowFlakeUtil.nextId());

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