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Java中的snowflake算法詳解

 更新時(shí)間:2023年08月30日 11:19:30   作者:余生海  
這篇文章主要介紹了Java中的snowflake算法詳解,Snowflake算法產(chǎn)生是為了滿足Twitter每秒上萬條消息的請求,每條消息都必須分配一條唯一的id,這些id還需要一些大致的順序,并且在分布式系統(tǒng)中不同機(jī)器產(chǎn)生的id必須不同,需要的朋友可以參考下

snowflake 算法

SnowFlake算法的優(yōu)點(diǎn):

  • 生成ID時(shí)不依賴于DB,完全在內(nèi)存生成,高性能高可用。
  • ID呈趨勢遞增,后續(xù)插入索引樹的時(shí)候性能較好。

SnowFlake算法的缺點(diǎn):

  • 依賴于系統(tǒng)時(shí)鐘的一致性。如果某臺機(jī)器的系統(tǒng)時(shí)鐘回?fù)?,有可能造成ID沖突,或者ID亂序。

snowflake 算法是 twitter 開源的分布式 id 生成算法,采用 Scala 語言實(shí)現(xiàn),是把一個(gè) 64 位的 long 型的 id,1 個(gè) bit 是不用的,用其中的 41 bits 作為毫秒數(shù),用 10 bits 作為工作機(jī)器 id,12 bits 作為序列號。

  • 1 bit:不用,為啥呢?因?yàn)槎M(jìn)制里第一個(gè) bit 為如果是 1,那么都是負(fù)數(shù),但是我們生成的 id 都是正數(shù),所以第一個(gè) bit 統(tǒng)一都是 0。
  • 41 bits:表示的是時(shí)間戳,單位是毫秒。41 bits 可以表示的數(shù)字多達(dá) 2^41 - 1 ,也就是可以標(biāo)識 2^41 - 1 個(gè)毫秒值,換算成年就是表示 69 年的時(shí)間。
  • 10 bits:記錄工作機(jī)器 id,代表的是這個(gè)服務(wù)最多可以部署在 2^10 臺機(jī)器上,也就是 1024 臺機(jī)器。但是 10 bits 里 5 個(gè) bits 代表機(jī)房 id,5 個(gè) bits 代表機(jī)器 id。意思就是最多代表 2^5 個(gè)機(jī)房(32 個(gè)機(jī)房),每個(gè)機(jī)房里可以代表 2^5 個(gè)機(jī)器(32 臺機(jī)器)。
  • 12 bits:這個(gè)是用來記錄同一個(gè)毫秒內(nèi)產(chǎn)生的不同 id,12 bits 可以代表的最大正整數(shù)是 2^12 - 1 = 4096 ,也就是說可以用這個(gè) 12 bits 代表的數(shù)字來區(qū)分同一個(gè)毫秒內(nèi)的 4096 個(gè)不同的 id。

 0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000000

public class IdWorker {
    private long workerId;
    private long datacenterId;
    private long sequence;
    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence) {
        // sanity check for workerId
        // 這兒不就檢查了一下,要求就是你傳遞進(jìn)來的機(jī)房id和機(jī)器id不能超過32,不能小于0
        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));
        }
        System.out.printf(
                "worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }
    private long twepoch = 1288834974657L;
    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    // 這個(gè)是二進(jìn)制運(yùn)算,就是 5 bit最多只能有31個(gè)數(shù)字,也就是說機(jī)器id最多只能是32以內(nèi)
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    // 這個(gè)是一個(gè)意思,就是 5 bit最多只能有31個(gè)數(shù)字,機(jī)房id最多只能是32以內(nèi)
    private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    private long sequenceBits = 12L;
    private long workerIdShift = sequenceBits;
    private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
    private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
    private long lastTimestamp = -1L;
    public long getWorkerId() {
        return workerId;
    }
    public long getDatacenterId() {
        return datacenterId;
    }
    public long getTimestamp() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
    public synchronized long nextId() {
        // 這兒就是獲取當(dāng)前時(shí)間戳,單位是毫秒
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            System.err.printf("clock is moving backwards.  Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
            throw new RuntimeException(String.format(
                    "Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // 這個(gè)意思是說一個(gè)毫秒內(nèi)最多只能有4096個(gè)數(shù)字
            // 無論你傳遞多少進(jìn)來,這個(gè)位運(yùn)算保證始終就是在4096這個(gè)范圍內(nèi),避免你自己傳遞個(gè)sequence超過了4096這個(gè)范圍
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        // 這兒記錄一下最近一次生成id的時(shí)間戳,單位是毫秒
        lastTimestamp = timestamp;
        // 這兒就是將時(shí)間戳左移,放到 41 bit那兒;
        // 將機(jī)房 id左移放到 5 bit那兒;
        // 將機(jī)器id左移放到5 bit那兒;將序號放最后12 bit;
        // 最后拼接起來成一個(gè) 64 bit的二進(jìn)制數(shù)字,轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制就是個(gè) long 型
        return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;
    }
    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }
    private long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
    // ---------------測試---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1, 1, 1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }
}

怎么說呢,大概這個(gè)意思吧,就是說 41 bit 是當(dāng)前毫秒單位的一個(gè)時(shí)間戳,就這意思;然后 5 bit 是你傳遞進(jìn)來的一個(gè)機(jī)房 id(但是最大只能是 32 以內(nèi)),另外 5 bit 是你傳遞進(jìn)來的機(jī)器 id(但是最大只能是 32 以內(nèi)),剩下的那個(gè) 12 bit 序列號,就是如果跟你上次生成 id 的時(shí)間還在一個(gè)毫秒內(nèi),那么會把順序給你累加,最多在 4096 個(gè)序號以內(nèi)。

所以你自己利用這個(gè)工具類,自己搞一個(gè)服務(wù),然后對每個(gè)機(jī)房的每個(gè)機(jī)器都初始化這么一個(gè)東西,剛開始這個(gè)機(jī)房的這個(gè)機(jī)器的序號就是 0。然后每次接收到一個(gè)請求,說這個(gè)機(jī)房的這個(gè)機(jī)器要生成一個(gè) id,你就找到對應(yīng)的 Worker 生成。

利用這個(gè) snowflake 算法,你可以開發(fā)自己公司的服務(wù),甚至對于機(jī)房 id 和機(jī)器 id,反正給你預(yù)留了 5 bit + 5 bit,你換成別的有業(yè)務(wù)含義的東西也可以的。

這個(gè) snowflake 算法相對來說還是比較靠譜的,所以你要真是搞分布式 id 生成,如果是高并發(fā)啥的,那么用這個(gè)應(yīng)該性能比較好,一般每秒幾萬并發(fā)的場景,也足夠你用了。

到此這篇關(guān)于Java中的snowflake算法詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)snowflake算法內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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