一、為何要用雪花算法

1、問題產(chǎn)生的背景

現(xiàn)如今越來越多的公司都在用分布式、微服務(wù)，那么對(duì)應(yīng)的就會(huì)針對(duì)不同的服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫拆分，然后當(dāng)數(shù)據(jù)量上來的時(shí)候也會(huì)進(jìn)行分表，那么隨之而來的就是分表以后id的問題。

例如之前單體項(xiàng)目中一個(gè)表中的數(shù)據(jù)主鍵id都是自增的，mysql是利用autoincrement來實(shí)現(xiàn)自增，而oracle是利用序列來實(shí)現(xiàn)的，但是當(dāng)單表數(shù)據(jù)量上來以后就要進(jìn)行水平分表，阿里java開發(fā)建議是單表大于500w的時(shí)候就要分表，但是具體還是得看業(yè)務(wù)，如果索引用的號(hào)的話，單表千萬的數(shù)據(jù)也是可以的。水平分表就是將一張表的數(shù)據(jù)分成多張表，那么問題就來了如果還是按照以前的自增來做主鍵id，那么就會(huì)出現(xiàn)id重復(fù)，這個(gè)時(shí)候就得考慮用什么方案來解決分布式id的問題了。

2、解決方案

2.1、數(shù)據(jù)庫表

可以在某個(gè)庫中專門維護(hù)一張表，然后每次無論哪個(gè)表需要自增id的時(shí)候都去查這個(gè)表的記錄，然后用for update鎖表，然后取到的值加一，然后返回以后把再把值記錄到表中，但是這個(gè)方法適合并發(fā)量比較小的項(xiàng)目，因此每次都得鎖表。

2.2、redis

因?yàn)閞edis是單線程的，可以在redis中維護(hù)一個(gè)鍵值對(duì)，然后哪個(gè)表需要直接去redis中取值然后加一，但是這個(gè)跟上面一樣由于單線程都是對(duì)高并發(fā)的支持不高，只適合并發(fā)量小的項(xiàng)目。

2.3、uuid

可以使用uuid作為不重復(fù)主鍵id，但是uuid有個(gè)問題就是其是無序的字符串，如果使用uuid當(dāng)做主鍵，那么主鍵索引就會(huì)失效。

2.4、雪花算法

雪花算法是解決分布式id的一個(gè)高效的方案，大部分互聯(lián)網(wǎng)公司都在使用雪花算法，當(dāng)然還有公司自己實(shí)現(xiàn)其他的方案。

二、雪花算法

1、原理

雪花算法就是使用64位long類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)id，最高位一位存儲(chǔ)0或者1,0代表整數(shù)，1代表負(fù)數(shù)，一般都是0，所以最高位不變，41位存儲(chǔ)毫秒級(jí)時(shí)間戳，10位存儲(chǔ)機(jī)器碼（包括5位datacenterId和5位workerId），12存儲(chǔ)序列號(hào)。這樣最大2的10次方的機(jī)器，也就是1024臺(tái)機(jī)器，最多每毫秒每臺(tái)機(jī)器產(chǎn)生2的12次方也就是4096個(gè)id。（下面有代碼實(shí)現(xiàn)）

但是一般我們沒有那么多臺(tái)機(jī)器，所以我們也可以使用53位來存儲(chǔ)id。為什么要用53位？

因?yàn)槲覀儙缀醵际歉鷚eb頁面打交道，就需要跟js打交道，js支持最大的整型范圍為53位，超過這個(gè)范圍就會(huì)丟失精度，53之內(nèi)可以直接由js讀取，超過53位就需要轉(zhuǎn)換成字符串才能保證js處理正確。53存儲(chǔ)的話，32位存儲(chǔ)秒級(jí)時(shí)間戳，5位存儲(chǔ)機(jī)器碼，16位存儲(chǔ)序列化，這樣每臺(tái)機(jī)器每秒可以生產(chǎn)65536個(gè)不重復(fù)的id。

2、缺點(diǎn)

由于雪花算法嚴(yán)重依賴時(shí)間，所以當(dāng)發(fā)生服務(wù)器時(shí)鐘回?fù)艿膯栴}是會(huì)導(dǎo)致可能產(chǎn)生重復(fù)的id。當(dāng)然幾乎沒有公司會(huì)修改服務(wù)器時(shí)間，修改以后會(huì)導(dǎo)致各種問題，公司寧愿新加一臺(tái)服務(wù)器也不愿意修改服務(wù)器時(shí)間，但是不排除特殊情況。

如何解決時(shí)鐘回?fù)艿膯栴}？可以對(duì)序列化的初始值設(shè)置步長(zhǎng)，每次觸發(fā)時(shí)鐘回?fù)苁录瑒t其初始步長(zhǎng)就加1w，可以在下面代碼的第85行來實(shí)現(xiàn)，將sequence的初始值設(shè)置為10000。

三、代碼實(shí)現(xiàn)

64位的代碼實(shí)現(xiàn)：

package com.yl.common;/** * Twitter_Snowflake<br> * SnowFlake的結(jié)構(gòu)如下(每部分用-分開):<br> * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000 <br> * 1位標(biāo)識(shí)，由于long基本類型在Java中是帶符號(hào)的，最高位是符號(hào)位，正數(shù)是0，負(fù)數(shù)是1，所以id一般是正數(shù)，最高位是0<br> * 41位時(shí)間截(毫秒級(jí))，注意，41位時(shí)間截不是存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間截，而是存儲(chǔ)時(shí)間截的差值（當(dāng)前時(shí)間截 - 開始時(shí)間截) * 得到的值），這里的的開始時(shí)間截，一般是我們的id生成器開始使用的時(shí)間，由我們程序來指定的（如下下面程序IdWorker類的startTime屬性）。41位的時(shí)間截，可以使用69年，年T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69<br> * 10位的數(shù)據(jù)機(jī)器位，可以部署在1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括5位datacenterId和5位workerId<br> * 12位序列，毫秒內(nèi)的計(jì)數(shù)，12位的計(jì)數(shù)順序號(hào)支持每個(gè)節(jié)點(diǎn)每毫秒(同一機(jī)器，同一時(shí)間截)產(chǎn)生4096個(gè)ID序號(hào)<br> * 加起來剛好64位，為一個(gè)Long型。<br> * SnowFlake的優(yōu)點(diǎn)是，整體上按照時(shí)間自增排序，并且整個(gè)分布式系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生ID碰撞(由數(shù)據(jù)中心ID和機(jī)器ID作區(qū)分)，并且效率較高，經(jīng)測(cè)試，SnowFlake每秒能夠產(chǎn)生26萬ID左右。 */public class SnowflakeIdWorker { // ==============================Fields=========================================== /** 開始時(shí)間截 (2020-01-01) */ private final long twepoch = 1577808000000L; /** 機(jī)器id所占的位數(shù) */ private final long workerIdBits = 5L; /** 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)id所占的位數(shù) */ private final long datacenterIdBits = 5L; /** 支持的最大機(jī)器id，結(jié)果是31 (這個(gè)移位算法可以很快的計(jì)算出幾位二進(jìn)制數(shù)所能表示的最大十進(jìn)制數(shù)) */ private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); /** 支持的最大數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)id，結(jié)果是31 */ private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); /** 序列在id中占的位數(shù) */ private final long sequenceBits = 12L; /** 機(jī)器ID向左移12位 */ private final long workerIdShift = sequenceBits; /** 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)id向左移17位(12+5) */ private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits; /** 時(shí)間截向左移22位(5+5+12) */ private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits; /** 生成序列的掩碼，這里為4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */ private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits); /** 工作機(jī)器ID(0~31) */ private long workerId; /** 數(shù)據(jù)中心ID(0~31) */ private long datacenterId; /** 毫秒內(nèi)序列(0~4095) */ private long sequence = 0L; /** 上次生成ID的時(shí)間截 */ private long lastTimestamp = -1L; //==============================Constructors===================================== /** * 構(gòu)造函數(shù) * @param workerId 工作ID (0~31) * @param datacenterId 數(shù)據(jù)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========================================== /** * 獲得下一個(gè)ID (該方法是線程安全的) * @return SnowflakeId */ public synchronized long nextId() { long timestamp = timeGen(); //如果當(dāng)前時(shí)間小于上一次ID生成的時(shí)間戳，說明系統(tǒng)時(shí)鐘回退過這個(gè)時(shí)候應(yīng)當(dāng)拋出異常 if (timestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException( String.format('Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds', lastTimestamp - timestamp)); } //如果是同一時(shí)間生成的，則進(jìn)行毫秒內(nèi)序列 if (lastTimestamp == timestamp) { sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; //毫秒內(nèi)序列溢出 if (sequence == 0) { //阻塞到下一個(gè)毫秒,獲得新的時(shí)間戳 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } } //時(shí)間戳改變，毫秒內(nèi)序列重置 else { sequence = 0L; } //上次生成ID的時(shí)間截 lastTimestamp = timestamp; //移位并通過或運(yùn)算拼到一起組成64位的ID return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) // | (datacenterId << datacenterIdShift) // | (workerId << workerIdShift) // | sequence; } /** * 阻塞到下一個(gè)毫秒，直到獲得新的時(shí)間戳 * @param lastTimestamp 上次生成ID的時(shí)間截 * @return 當(dāng)前時(shí)間戳 */ protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) { long timestamp = timeGen(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = timeGen(); } return timestamp; } /** * 返回以毫秒為單位的當(dāng)前時(shí)間 * @return 當(dāng)前時(shí)間(毫秒) */ protected long timeGen() { return System.currentTimeMillis(); } //==============================Test============================================= /** 測(cè)試 */ public static void main(String[] args) { SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0); for (int i = 0; i < 100; i++) { long id = idWorker.nextId(); System.out.println(id); } }}

補(bǔ)充知識(shí)：雪花算法實(shí)現(xiàn)分布式自增長(zhǎng)ID

我就廢話不多說了，大家還是直接看代碼吧~

/** * <p>名稱：IdWorker.java</p> * <p>描述：分布式自增長(zhǎng)ID</p> * <pre> * Twitter的 Snowflake　JAVA實(shí)現(xiàn)方案 * </pre> * 核心代碼為其IdWorker這個(gè)類實(shí)現(xiàn)，其原理結(jié)構(gòu)如下，我分別用一個(gè)0表示一位，用—分割開部分的作用： * 1||0---0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000 * 在上面的字符串中，第一位為未使用（實(shí)際上也可作為long的符號(hào)位），接下來的41位為毫秒級(jí)時(shí)間， * 然后5位datacenter標(biāo)識(shí)位，5位機(jī)器ID（并不算標(biāo)識(shí)符，實(shí)際是為線程標(biāo)識(shí)）， * 然后12位該毫秒內(nèi)的當(dāng)前毫秒內(nèi)的計(jì)數(shù)，加起來剛好64位，為一個(gè)Long型。 * 這樣的好處是，整體上按照時(shí)間自增排序，并且整個(gè)分布式系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生ID碰撞（由datacenter和機(jī)器ID作區(qū)分）， * 并且效率較高，經(jīng)測(cè)試，snowflake每秒能夠產(chǎn)生26萬ID左右，完全滿足需要。 * <p> * 64位ID (42(毫秒)+5(機(jī)器ID)+5(業(yè)務(wù)編碼)+12(重復(fù)累加)) * * @author Polim */public class IdWorker { // 時(shí)間起始標(biāo)記點(diǎn)，作為基準(zhǔn)，一般取系統(tǒng)的最近時(shí)間（一旦確定不能變動(dòng)） private final static long twepoch = 1288834974657L; // 機(jī)器標(biāo)識(shí)位數(shù) private final static long workerIdBits = 5L; // 數(shù)據(jù)中心標(biāo)識(shí)位數(shù) private final static long datacenterIdBits = 5L; // 機(jī)器ID最大值 private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); // 數(shù)據(jù)中心ID最大值 private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); // 毫秒內(nèi)自增位 private final static long sequenceBits = 12L; // 機(jī)器ID偏左移12位 private final static long workerIdShift = sequenceBits; // 數(shù)據(jù)中心ID左移17位 private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits; // 時(shí)間毫秒左移22位 private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits; private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits); /* 上次生產(chǎn)id時(shí)間戳 */ private static long lastTimestamp = -1L; // 0，并發(fā)控制 private long sequence = 0L; private final long workerId; // 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)id部分 private final long datacenterId; public IdWorker(){ this.datacenterId = getDatacenterId(maxDatacenterId); this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, maxWorkerId); } /** * @param workerId * 工作機(jī)器ID * @param datacenterId * 序列號(hào) */ public IdWorker(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; } /** * 獲取下一個(gè)ID * * @return */ public synchronized long nextId() { long timestamp = timeGen(); if (timestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException(String.format('Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds', lastTimestamp - timestamp)); } if (lastTimestamp == timestamp) { // 當(dāng)前毫秒內(nèi)，則+1 sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; if (sequence == 0) { // 當(dāng)前毫秒內(nèi)計(jì)數(shù)滿了，則等待下一秒 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } } else { sequence = 0L; } lastTimestamp = timestamp; // ID偏移組合生成最終的ID，并返回ID long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift) | (workerId << workerIdShift) | sequence; return nextId; } private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) { long timestamp = this.timeGen(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = this.timeGen(); } return timestamp; } private long timeGen() { return System.currentTimeMillis(); } /** * <p> * 獲取 maxWorkerId * </p> */ protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) { StringBuffer mpid = new StringBuffer(); mpid.append(datacenterId); String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName(); if (!name.isEmpty()) { /* * GET jvmPid */ mpid.append(name.split('@')[0]); } /* * MAC + PID 的 hashcode 獲取16個(gè)低位 */ return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1); } /** * <p> * 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)id部分 * </p> */ protected static long getDatacenterId(long maxDatacenterId) { long id = 0L; try { InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost(); NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip); if (network == null) { id = 1L; } else { byte[] mac = network.getHardwareAddress(); id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 1]) | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6; id = id % (maxDatacenterId + 1); } } catch (Exception e) { System.out.println(' getDatacenterId: ' + e.getMessage()); } return id; }}

以上這篇利用mysql實(shí)現(xiàn)的雪花算法案例就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持好吧啦網(wǎng)。