雪花算法Snowflake

雪花算法常用于分布式的项目中，是为了解决大数据产生的多表分表中，保证id的唯一性。

1.分布式的特点

全局唯一性：不能出现有重复ID的标识；
地增性：确保生成的ID对用于用户或业务是递增的；
高可用性：确保任何时候都能生成正确的ID；
高并发性：在高并发环境下表现良好；

2.分布式ID的常见解决方案

UUID：Java自带的生成一串唯一随机36位字符串（32个字符串+4个“-”）的算法。它可以保证唯一性，且据说够用N亿年，但是其业务可读性差，无法有序递增。
SnowFlake：是Twitter开源的由64位整数组成分布式ID，性能较高，并且在单机上递增。
UidGenerator：UidGenerator是百度开源的分布式ID生成器，其基于雪花算法实现
Leaf：Leaf是美团开源的分布式ID生成器，能保证全局唯一，趋势递增，但需要依赖关系数据库、Zookeeper等中间件。

3.雪花算法介绍

雪花算法的原理就是生成一个的 64 位比特位的 long 类型的唯一 id

第一位 最高 1 位固定值 0，因为生成的 id 是正整数，如果是 1 就是负数；
时间戳 占用41bit，精确到毫秒，总共可以容纳约69年的时间。
工作机器id 占用10bit，其中高位5bit是数据中心ID，低位5bit是工作节点ID，做多可以容纳1024个节点。
.序列号 占用12bit，每个节点每毫秒0开始不断累加，最多可以累加到4095，一共可以产生4096个ID。

4.雪花算法源码

/*** Twitter的SnowFlake算法,使用SnowFlake算法生成一个整数，然后转化为62进制变成一个短地址URL* Snowflake生成的是Long类型的ID，一个Long类型占8个字节，每个字节占8比特，也就是说一个Long类型占64个比特。* Snowflake ID组成结构：正数位（占1比特）+ 时间戳（占41比特）+ 机器ID（占5比特）+ 数据中心（占5比特）+ 自增值（占12比特），总共64比特组成的一个Long类型。* ● 第一个bit位（1bit）：Java中long的最高位是符号位代表正负，正数是0，负数是1，一般生成ID都为正数，所以默认为0。* ● 时间戳部分（41bit）：毫秒级的时间，不建议存当前时间戳，而是用（当前时间戳 - 固定开始时间戳）的差值，可以使产生的ID从更小的值开始；41位的时间戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69年* ● 工作机器id（10bit）：也被叫做workId，这个可以灵活配置，机房或者机器号组合都可以。* ● 序列号部分（12bit），自增值支持同一毫秒内同一个节点可以生成4096个ID* 根据这个算法的逻辑，只需要将这个算法用Java语言实现出来，封装为一个工具方法，那么各个业务应用可以直接使用该工具方法来获取分布式ID，只需保证每个业务应用有自己的工作机器id即可，而不需要单独去搭建一个获取分布式ID的应用。*/
public class SnowFlakeUtil {/*** 起始的时间戳*/private final static long START_TIMESTAMP = 1480166465631L;/*** 每一部分占用的位数*/private final static long SEQUENCE_BIT = 12;   //序列号占用的位数private final static long MACHINE_BIT = 5;     //机器标识占用的位数private final static long DATA_CENTER_BIT = 5; //数据中心占用的位数/*** 每一部分的最大值*/private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);  // 4095private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT); //private final static long MAX_DATA_CENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATA_CENTER_BIT);/*** 每一部分向左的位移*/private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;private final static long DATA_CENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;private final static long TIMESTAMP_LEFT = DATA_CENTER_LEFT + DATA_CENTER_BIT;private long dataCenterId;  //数据中心private long machineId;     //机器标识private long sequence = 0L; //序列号private long lastTimeStamp = -1L;  //上一次时间戳/*** 获取到下一毫秒的时间戳** @return long*/private long getNextMill() {long mill = getNewTimeStamp();while (mill <= lastTimeStamp) {mill = getNewTimeStamp();}return mill;}/*** 获取到当前时间戳** @return long*/private long getNewTimeStamp() {return System.currentTimeMillis();}/*** 根据指定的数据中心ID和机器标志ID生成指定的序列号*  机器id总共占5位,低12位序号id12位.因此要左移12位*  数据中心id(机房id)占5位,低17位为机器id5位和序号id12位,因此要左移17位* @param dataCenterId 数据中心ID* @param machineId    机器标志ID*/public SnowFlakeUtil(long dataCenterId, long machineId) {if (dataCenterId > MAX_DATA_CENTER_NUM || dataCenterId < 0) {throw new IllegalArgumentException("DtaCenterId can't be greater than MAX_DATA_CENTER_NUM or less than 0！");}if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {throw new IllegalArgumentException("MachineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0！");}this.dataCenterId = dataCenterId;this.machineId = machineId;}/*** 产生下一个ID* id号只有12位.同一毫秒内最多生产4096个.* 超过时,申请下一个毫秒值* @return*/public synchronized long nextId() {
//        1.获取到当前时间戳long currTimeStamp = getNewTimeStamp();
//        2.如果当前时间戳小于上一次ID生成的时间戳,说明系统时钟回退过,这个时候应当抛出异常if (currTimeStamp < lastTimeStamp) {throw new RuntimeException("Clock moved backwards.  Refusing to generate id");}//        3.在同一毫秒内if (currTimeStamp == lastTimeStamp) {
//        4.相同毫秒内，序列号自增   MAX_SEQUENCE=4095(12位,序列号最大值)
//          sequence + 1 =4096时sequence为0(相当于4095&4096)sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;//同一毫秒的序列数已经达到最大if (sequence == 0L) {
//         5.获取下一个毫秒并赋值给当前毫秒currTimeStamp = getNextMill();}} else {//不同毫秒内，序列号置为0sequence = 0L;}lastTimeStamp = currTimeStamp;return (currTimeStamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_LEFT //时间戳部分 低22位 数据中心id5位,机器标识id5位,序号id12位,因此左移22位| dataCenterId << DATA_CENTER_LEFT       //数据中心部分| machineId << MACHINE_LEFT             //机器标识部分| sequence;                             //序列号部分}public static void main(String[] args) {SnowFlakeUtil snowFlake = new SnowFlakeUtil(2L, 3L);for (int i = 0; i < (1 << 4); i++) {//10进制System.out.println(snowFlake.nextId());}}
}