Snowflake 是 Twitter 开发的一种分布式唯一 ID 生成策略,其核心思想是利用一个 64 位的长整型数(Java 中的 long 类型)来表示唯一 ID。这个 64 位的长整型数由以下几部分组成:
- 第 1 位是符号位,由于是正数,所以这一位是固定的 0。
- 接下来的 41 位表示时间戳,单位是毫秒,41 位可以表示的数值范围是
2^41 - 1
,即可以生成2^41
个不同的 ID,时间戳的上限是1970-01-01 00:00:00
之后的69
年。 - 接下来的 10 位表示工作机器 ID,可以部署在
2^10
个节点上,即最多支持 1024 个节点。 - 最后 12 位是序列号,用来记录同一个毫秒内产生的不同 ID,12 位可以支持每个节点每毫秒生成
2^12
个 ID,即 4096 个。
以下是一个简单的 Java 实现示例:
public class SnowflakeIdWorker {
// 开始时间戳 (2023-01-01)
private final long twepoch = 1672444800000L;
// 机器id所占的位数
private final long workerIdBits = 5L;
// 支持的最大机器id,结果是31
private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
// 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;
// 时间截向左移17位(5+12)
private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits;
// 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;
// 毫秒内序列(0~4095)
private long sequence = 0L;
// 上次生成ID的时间截
private long lastTimestamp = -1L;
public SnowflakeIdWorker(long workerId) {
if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
}
this.workerId = workerId;
}
/**
* 生成ID
*
* @return id
*/
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);
}
} else {
// 时间戳改变,毫秒内序列重置
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) |
(workerId << workerIdShift) |
sequence;
}
protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = timeGen();
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen();
}
return timestamp;
}
protected long timeGen() {
return System.currentTimeMillis();
}
// 测试
public static void main(String[] args) {
SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
long id = idWorker.nextId();
System.out.println(Long.toBinaryString(id));
System.out.println(id);
}
}
}
这个实现是一个基础版本,实际应用中可能需要根据具体需求进行调整和优化。例如,可以添加线程安全的控制,或者对时间回拨的处理进行更细致的控制。此外,还可以根据实际的部署环境调整时间戳的起始点,以避免和旧的 ID 冲突。