技術標籤：演算法 / 資料結構

這個演算法的好處很簡單可以在每秒產生約400W個不同的16位數字ID(10進位制)

擴充套件閱讀：

https://segmentfault.com/a/1190000021244328 laravel框架通過composer安裝第三方包實現雪花演算法

https://blog.csdn.net/JineD/article/details/107141757 我的另一篇博文，忘掉 Snowflake，感受一下效能高出 587 倍的全域性唯一 ID 生成演算法

一、雪花演算法原理解析

1. 分散式ID常見生成策略：

　　分散式ID生成策略常見的有如下幾種：

1. 資料庫自增ID。
2. UUID生成。
3. Redis的原子自增方式。
4. 資料庫水平拆分，設定初始值和相同的自增步長。
5. 批量申請自增ID。
6. 雪花演算法。
7. 百度UidGenerator演算法(基於雪花演算法實現自定義時間戳)。
8. 美團Leaf演算法(依賴於資料庫，ZK)。

　　本文主要介紹SnowFlake 演算法，是 Twitter 開源的分散式 id 生成演算法。

　　其核心思想就是：使用一個 64 bit 的 long 型的數字作為全域性唯一 id。在分散式系統中的應用十分廣泛，且ID 引入了時間戳，保持自增性且不重複。

2. 雪花演算法的結構：

　　主要分為 5 個部分：

1. 是 1 個 bit：0，這個是無意義的。
2. 是 41 個 bit：表示的是時間戳。
3. 是 10 個 bit：表示的是機房 id，0000000000，因為我傳進去的就是0。
4. 是 12 個 bit：表示的序號，就是某個機房某臺機器上這一毫秒內同時生成的 id 的序號，0000 0000 0000。

　　接下去我們來解釋一下四個部分：

1 bit，是無意義的：

　　因為二進位制裡第一個 bit 為如果是 1，那麼都是負數，但是我們生成的 id 都是正數，所以第一個 bit 統一都是 0。

41 bit：表示的是時間戳，單位是毫秒。

　　41 bit 可以表示的數字多達 2^41 - 1，也就是可以標識 2 ^ 41 - 1 個毫秒值，換算成年就是表示 69 年的時間。

10 bit：記錄工作機器 id，代表的是這個服務最多可以部署在 2^10 臺機器上，也就是 1024 臺機器。

　　但是 10 bit 裡 5 個 bit 代表機房 id，5 個 bit 代表機器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 個機房（32 個機房），每個機房裡可以代表 2 ^ 5 個機器（32 臺機器），這裡可以隨意拆分，比如拿出4位標識業務號，其他6位作為機器號。可以隨意組合。

12 bit：這個是用來記錄同一個毫秒內產生的不同 id。

　　12 bit 可以代表的最大正整數是 2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是說可以用這個 12 bit 代表的數字來區分同一個毫秒內的 4096 個不同的 id。也就是同一毫秒內同一臺機器所生成的最大ID數量為4096

　　簡單來說，你的某個服務假設要生成一個全域性唯一 id，那麼就可以傳送一個請求給部署了 SnowFlake 演算法的系統，由這個 SnowFlake 算法系統來生成唯一 id。這個 SnowFlake 算法系統首先肯定是知道自己所在的機器號，（這裡姑且講10bit全部作為工作機器ID）接著 SnowFlake 算法系統接收到這個請求之後，首先就會用二進位制位運算的方式生成一個 64 bit 的 long 型 id，64 個 bit 中的第一個 bit 是無意義的。接著用當前時間戳（單位到毫秒）佔用41 個 bit，然後接著 10 個 bit 設定機器 id。最後再判斷一下，當前這臺機房的這臺機器上這一毫秒內，這是第幾個請求，給這次生成 id 的請求累加一個序號，作為最後的 12 個 bit。

二、PHP原始碼實現案例

demo1:

<?php
 
/**
 * 雪花演算法類
 * @package app\helpers
 */
class SnowFlake
{
    const EPOCH = 1479533469598;
    const max12bit = 4095;
    const max41bit = 1099511627775;
 
    static $machineId = null;
 
    public static function machineId($mId = 0) {
        self::$machineId = $mId;
    }
 
    public static function generateParticle() {
        /*
        * Time - 42 bits
        */
        $time = floor(microtime(true) * 1000);
 
        /*
        * Substract custom epoch from current time
        */
        $time -= self::EPOCH;
 
        /*
        * Create a base and add time to it
        */
        $base = decbin(self::max41bit + $time);
 
 
        /*
        * Configured machine id - 10 bits - up to 1024 machines
        */
        if(!self::$machineId) {
            $machineid = self::$machineId;
        } else {
            $machineid = str_pad(decbin(self::$machineId), 10, "0", STR_PAD_LEFT);
        }
 
        /*
        * sequence number - 12 bits - up to 4096 random numbers per machine
        */
        $random = str_pad(decbin(mt_rand(0, self::max12bit)), 12, "0", STR_PAD_LEFT);
 
        /*
        * Pack
        */
        $base = $base.$machineid.$random;
 
        /*
        * Return unique time id no
        */
        return bindec($base);
    }
 
    public static function timeFromParticle($particle) {
        /*
        * Return time
        */
        return bindec(substr(decbin($particle),0,41)) - self::max41bit + self::EPOCH;
    }
}

demo2:

<?php
 public function createID(){
        //假設一個機器id
        $machineId = 1234567890;
 
        //41bit timestamp(毫秒)
        $time = floor(microtime(true) * 1000);
 
        //0bit 未使用
        $suffix = 0;
 
        //datacenterId  新增資料的時間
        $base = decbin(pow(2,40) - 1 + $time);
 
        //workerId  機器ID
        $machineid = decbin(pow(2,9) - 1 + $machineId);
 
        //毫秒類的計數
        $random = mt_rand(1, pow(2,11)-1);
 
        $random = decbin(pow(2,11)-1 + $random);
        //拼裝所有資料
        $base64 = $suffix.$base.$machineid.$random;
        //將二進位制轉換int
        $base64 = bindec($base64);
 
        $id = sprintf('%.0f', $base64);
 
        return $id;
    }