Java雪花算法的實現(xiàn)詳解

更新時間：2023年11月22日 09:23:01 作者：Raysen

雪花算法（Snowflake）是一種分布式唯一ID生成算法,用于生成全局唯一的ID,使用雪花算法生成的ID通常是一個64位的整數,可以根據需要進行轉換和展示,在Java等編程語言中,可以使用相應的庫或工具來生成雪花算法的ID,本文給大家介紹了Java雪花算法的實現(xiàn)

雪花算法介紹

雪花算法（Snowflake）是一種分布式唯一ID生成算法，用于生成全局唯一的ID。它的設計目標是在分布式系統(tǒng)中生成ID，保證ID的唯一性、有序性和趨勢遞增。雪花算法的核心思想是將一個64位的ID分成多個部分，分別表示不同的信息。

雪花算法的優(yōu)點是生成的ID具有趨勢遞增的特性，可以保證在分布式系統(tǒng)中生成的ID的有序性。同時，由于使用了時間戳，可以根據ID的時間戳信息進行排序和查詢。

使用雪花算法生成的ID通常是一個64位的整數，可以根據需要進行轉換和展示。在Java等編程語言中，可以使用相應的庫或工具來生成雪花算法的ID。

雪花算法組成

時間戳（Timestamp）：使用41位來表示，精確到毫秒級別?？梢允褂靡粋€起始時間，然后每個毫秒自增生成唯一的時間戳。
機器ID（Machine ID）：使用10位來表示，可以根據需要分配給不同的機器或節(jié)點。這樣可以保證每個節(jié)點生成的ID都是唯一的。
序列號（Sequence Number）：使用12位來表示，每個節(jié)點每毫秒可以生成4096個不同的序列號。當同一毫秒內生成的序列號超過4096時，會等待下一毫秒再繼續(xù)生成。

通過將時間戳、機器ID和序列號組合在一起，就可以生成一個全局唯一的ID。這種算法可以在分布式系統(tǒng)中生成唯一的ID，保證了高并發(fā)環(huán)境下的唯一性和有序性。

雪花算法實現(xiàn)

雪花算法（Snowflake）是一種分布式唯一ID生成算法，它可以在分布式系統(tǒng)中生成全局唯一的ID。Snowflake算法的核心思想是將一個64位的ID分成多個部分，每個部分表示不同的信息。

Snowflake算法的ID結構如下：

0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000

其中，第一部分是1位的標識位，表示正負數，一般為0。接下來的41位是時間戳，表示生成ID的時間戳（毫秒級），可以使用當前時間減去一個固定的起始時間戳。然后是10位的工作機器ID，表示機器的唯一標識，可以根據機器的IP地址或其他方式生成。最后是12位的序列號，表示同一毫秒內生成的多個ID的序號。

Snowflake算法Java實現(xiàn)：

public class SnowflakeIdGenerator {
    // 起始的時間戳
    private final static long START_TIMESTAMP = 1609459200000L; // 2021-01-01 00:00:00

    // 每部分占用的位數
    private final static long SEQUENCE_BIT = 12; // 序列號占用的位數
    private final static long WORKER_BIT = 10; // 工作機器ID占用的位數
    private final static long TIMESTAMP_BIT = 41; // 時間戳占用的位數

    // 每部分的最大值
    private final static long MAX_SEQUENCE = ~(-1L << SEQUENCE_BIT);
    private final static long MAX_WORKER_ID = ~(-1L << WORKER_BIT);

    // 每部分向左的位移
    private final static long WORKER_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private final static long TIMESTAMP_LEFT = SEQUENCE_BIT + WORKER_BIT;

    private long workerId; // 工作機器ID
    private long sequence = 0L; // 序列號
    private long lastTimestamp = -1L; // 上次生成ID的時間戳

    public SnowflakeIdGenerator(long workerId) {
        if (workerId > MAX_WORKER_ID || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Worker ID can't be greater than " + MAX_WORKER_ID + " or less than 0");
        }
        this.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();

        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate ID");
        }

        if (timestamp == lastTimestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }

        lastTimestamp = timestamp;

        return ((timestamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_LEFT)
                | (workerId << WORKER_LEFT)
                | sequence;
    }

    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }
}

使用SnowflakeIdGenerator類生成唯一的ID，示例代碼如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIdGenerator idGenerator = new SnowflakeIdGenerator(1);
        long id = idGenerator.nextId();
        System.out.println("Generated ID: " + id);
    }
}