/**
 * 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)測試，SnowFlake每秒能夠產(chǎn)生26萬ID左右。
 */
public class SnowflakeIdWorker {

  // ==============================Fields===========================================
  /** 開始時(shí)間截 (2015-01-01) */
  private final long twepoch = 1420041600000L;

  /** 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=============================================
  /** 測試 */
  public static void main(String[] args) {
    SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0);
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      long id = idWorker.nextId();
      System.out.println(Long.toBinaryString(id));
      System.out.println(id);
    }
  }
}