分布式主键解决方案之--Snowflake雪花算法

0--前言

　　对于分布式系统环境，主键id的设计很关键，什么自增intid那些是绝对不用的，比较早的时候，大部分系统都用uuid/guid来作为主键，优点是方便又能解决问题，缺点是插入时因为uuid/guid的不规则导致每插入一条数据就需要重新排列一次，性能低下；也有人提出用uuid/guid转long的方式，可以很明确的告诉你，这种方式long不能保证唯一，大并发下会有重复long出现，所以也不可取，这个主键设计问题曾经是很多公司系统设计的一个头疼点，所以大部分公司愿意牺牲一部分性能而直接采用简单粗暴的uuid/guid来作为分布式系统的主键；

　　twitter开源了一个snowflake算法，俗称雪花算法；就是为了解决分布式环境下生成不同id的问题；该算法会生成19位的long型有序数字，mysql中用bigint来存储（bigint长度为20位）；该算法应该是目前分布式环境中主键id最好的解决方案之一了；

1--snowflake雪花算法实现

　　好，废话不多说，直接上算法实现

  1 package com.anson;
  2 
  3 import java.lang.management.managementfactory;
  4 import java.net.inetaddress;
  5 import java.net.networkinterface;
  6 
  7 //雪花算法代码实现
  8 public class idworker {
  9     // 时间起始标记点，作为基准，一般取系统的最近时间（一旦确定不能变动）
 10     private final static long twepoch = 1288834974657l;
 11     // 机器标识位数
 12     private final static long workeridbits = 5l;
 13     // 数据中心标识位数
 14     private final static long datacenteridbits = 5l;
 15     // 机器id最大值
 16     private final static long maxworkerid = -1l ^ (-1l << workeridbits);
 17     // 数据中心id最大值
 18     private final static long maxdatacenterid = -1l ^ (-1l << datacenteridbits);
 19     // 毫秒内自增位
 20     private final static long sequencebits = 12l;
 21     // 机器id偏左移12位
 22     private final static long workeridshift = sequencebits;
 23     // 数据中心id左移17位
 24     private final static long datacenteridshift = sequencebits + workeridbits;
 25     // 时间毫秒左移22位
 26     private final static long timestampleftshift = sequencebits + workeridbits + datacenteridbits;
 27 
 28     private final static long sequencemask = -1l ^ (-1l << sequencebits);
 29     /* 上次生产id时间戳 */
 30     private static long lasttimestamp = -1l;
 31     // 0，并发控制
 32     private long sequence = 0l;
 33 
 34     private final long workerid;
 35     // 数据标识id部分
 36     private final long datacenterid;
 37 
 38     public idworker(){
 39         this.datacenterid = getdatacenterid(maxdatacenterid);
 40         this.workerid = getmaxworkerid(datacenterid, maxworkerid);
 41     }
 42     /**
 43      * @param workerid
 44      *            工作机器id
 45      * @param datacenterid
 46      *            序列号
 47      */
 48     public idworker(long workerid, long datacenterid) {
 49         if (workerid > maxworkerid || workerid < 0) {
 50             throw new illegalargumentexception(string.format("worker id can't be greater than %d or less than 0", maxworkerid));
 51         }
 52         if (datacenterid > maxdatacenterid || datacenterid < 0) {
 53             throw new illegalargumentexception(string.format("datacenter id can't be greater than %d or less than 0", maxdatacenterid));
 54         }
 55         this.workerid = workerid;
 56         this.datacenterid = datacenterid;
 57     }
 58     /**
 59      * 获取下一个id
 60      *
 61      * @return
 62      */
 63     public synchronized long nextid() {
 64         long timestamp = timegen();
 65         if (timestamp < lasttimestamp) {
 66             throw new runtimeexception(string.format("clock moved backwards.  refusing to generate id for %d milliseconds", lasttimestamp - timestamp));
 67         }
 68 
 69         if (lasttimestamp == timestamp) {
 70             // 当前毫秒内，则+1
 71             sequence = (sequence + 1) & sequencemask;
 72             if (sequence == 0) {
 73                 // 当前毫秒内计数满了，则等待下一秒
 74                 timestamp = tilnextmillis(lasttimestamp);
 75             }
 76         } else {
 77             sequence = 0l;
 78         }
 79         lasttimestamp = timestamp;
 80         // id偏移组合生成最终的id，并返回id
 81         long nextid = ((timestamp - twepoch) << timestampleftshift)
 82                 | (datacenterid << datacenteridshift)
 83                 | (workerid << workeridshift) | sequence;
 84 
 85         return nextid;
 86     }
 87 
 88     private long tilnextmillis(final long lasttimestamp) {
 89         long timestamp = this.timegen();
 90         while (timestamp <= lasttimestamp) {
 91             timestamp = this.timegen();
 92         }
 93         return timestamp;
 94     }
 95 
 96     private long timegen() {
 97         return system.currenttimemillis();
 98     }
 99 
100     /**
101      * <p>
102      * 获取 maxworkerid
103      * </p>
104      */
105     protected static long getmaxworkerid(long datacenterid, long maxworkerid) {
106         stringbuffer mpid = new stringbuffer();
107         mpid.append(datacenterid);
108         string name = managementfactory.getruntimemxbean().getname();
109         if (!name.isempty()) {
110             /*
111              * get jvmpid
112              */
113             mpid.append(name.split("@")[0]);
114         }
115         /*
116          * mac + pid 的 hashcode 获取16个低位
117          */
118         return (mpid.tostring().hashcode() & 0xffff) % (maxworkerid + 1);
119     }
120 
121     /**
122      * <p>
123      * 数据标识id部分
124      * </p>
125      */
126     protected static long getdatacenterid(long maxdatacenterid) {
127         long id = 0l;
128         try {
129             inetaddress ip = inetaddress.getlocalhost();
130             networkinterface network = networkinterface.getbyinetaddress(ip);
131             if (network == null) {
132                 id = 1l;
133             } else {
134                 byte[] mac = network.gethardwareaddress();
135                 id = ((0x000000ff & (long) mac[mac.length - 1])
136                         | (0x0000ff00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6;
137                 id = id % (maxdatacenterid + 1);
138             }
139         } catch (exception e) {
140             system.out.println(" getdatacenterid: " + e.getmessage());
141         }
142         return id;
143     }
144 }

 

3--测试

package com.anson;

/**
 * @description: todo
 * @author: anson
 * @date: 2019/10/7 22:16
 * @version: 1.0
 */
public class snow
{
    public static  void main(string[] args) throws exception
    {
        try
        {


        idworker idw = new idworker(1,1);
        long ids = idw.nextid();


        for(int i=0;i<10000;i++)
        {
            ids = idw.nextid();
            system.out.println(ids);
        }

        }
        catch (exception ex)
        {

        }

    }
}

结果如下图：

 

 程序生成了19位的有序数字，这个既解决了分布式id生成唯一性问题，也解决了性能问题，建议系统id设计都采用该算法生成。