雪花演算法：構建分散式自增id
阿新 • • 發佈：2018-11-03
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一、訂單id的特殊性
訂單資料非常龐大，將來一定會做分庫分表。那麼這種情況下， 要保證id的唯一，就不能靠資料庫自增，而是自己來實現演算法，生成唯一id。
二、雪花演算法
這裡的訂單id是通過一個工具類生成的：
而工具類所採用的生成id演算法，是由Twitter公司開源的snowflake（雪花）演算法。
三、簡單原理
雪花演算法會生成一個64位的二進位制資料，為一個Long型。(轉換成字串後長度最多19位) ，其基本結構：
第一位：為未使用
第二部分：41位為毫秒級時間(41位的長度可以使用69年)
第三部分：5位datacenterId和5位workerId(10位的長度最多支援部署1024個節點）
第四部分：最後12位是毫秒內的計數（12位的計數順序號支援每個節點每毫秒產生4096個ID序號）
snowflake生成的ID整體上按照時間自增排序，並且整個分散式系統內不會產生ID碰撞（由datacenter和workerId作區分），並且效率較高。經測試snowflake每秒能夠產生26萬個ID。
四、演算法實現
package com.leyou.utils; import java.lang.management.ManagementFactory; import java.net.InetAddress; import java.net.NetworkInterface; /** * <p>名稱：IdWorker.java</p> * <p>描述：分散式自增長ID</p> * <pre> * Twitter的 Snowflake JAVA實現方案 * </pre> * 核心程式碼為其IdWorker這個類實現，其原理結構如下，我分別用一個0表示一位，用—分割開部分的作用： * 1||0---0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 --- 00000 ---00000 ---000000000000 * 在上面的字串中，第一位為未使用（實際上也可作為long的符號位），接下來的41位為毫秒級時間， * 然後5位datacenter標識位，5位機器ID（並不算識別符號，實際是為執行緒標識）， * 然後12位該毫秒內的當前毫秒內的計數，加起來剛好64位，為一個Long型。 * 這樣的好處是，整體上按照時間自增排序，並且整個分散式系統內不會產生ID碰撞（由datacenter和機器ID作區分）， * 並且效率較高，經測試，snowflake每秒能夠產生26萬ID左右，完全滿足需要。 * <p> * 64位ID (42(毫秒)+5(機器ID)+5(業務編碼)+12(重複累加)) * * @author Polim */ public class IdWorker { /** * 時間起始標記點，作為基準，一般取系統的最近時間（一旦確定不能變動） */ private final static long twepoch = 1288834974657L; /** * 機器標識位數 */ private final static long workerIdBits = 5L; /** * 資料中心標識位數 */ private final static long datacenterIdBits = 5L; /** * 機器ID最大值 */ private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); /** * 資料中心ID最大值 */ private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); /** * 毫秒內自增位 */ private final static long sequenceBits = 12L; /** * 機器ID偏左移12位 */ private final static long workerIdShift = sequenceBits; /** * 資料中心ID左移17位 */ private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits; /** * 時間毫秒左移22位 */ private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits; private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits); /** * 上次生產id時間戳 */ private static long lastTimestamp = -1L; /** * 併發控制 */ private long sequence = 0L; private final long workerId; /** * 資料標識id部分 */ private final long datacenterId; public IdWorker(){ this.datacenterId = getDatacenterId(maxDatacenterId); this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, maxWorkerId); } /** * @param workerId * 工作機器ID * @param datacenterId * 序列號 */ public IdWorker(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; } /** * 獲取下一個ID * * @return */ public synchronized long nextId() { long timestamp = timeGen(); if (timestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp)); } if (lastTimestamp == timestamp) { // 當前毫秒內，則+1 sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; if (sequence == 0) { // 當前毫秒內計數滿了，則等待下一秒 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } } else { sequence = 0L; } lastTimestamp = timestamp; // ID偏移組合生成最終的ID，並返回ID long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift) | (workerId << workerIdShift) | sequence; return nextId; } private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) { long timestamp = this.timeGen(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = this.timeGen(); } return timestamp; } private long timeGen() { return System.currentTimeMillis(); } /** * <p> * 獲取 maxWorkerId * </p> */ protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) { StringBuffer mpid = new StringBuffer(); mpid.append(datacenterId); String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName(); if (!name.isEmpty()) { /* * GET jvmPid */ mpid.append(name.split("@")[0]); } /* * MAC + PID 的 hashcode 獲取16個低位 */ return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1); } /** * <p> * 資料標識id部分 * </p> */ protected static long getDatacenterId(long maxDatacenterId) { long id = 0L; try { InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost(); NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip); if (network == null) { id = 1L; } else { byte[] mac = network.getHardwareAddress(); id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 1]) | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6; id = id % (maxDatacenterId + 1); } } catch (Exception e) { System.out.println(" getDatacenterId: " + e.getMessage()); } return id; } }
五、配置
為了保證不重複，我們給每個部署的節點都配置機器id：
六、載入屬性
package com.leyou.order.properties; import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties; /** * @author: 98050 * @create: 2018-10-27 **/ @ConfigurationProperties(prefix = "leyou.worker") public class IdWorkerProperties { /** * 當前機器id */ private long workerId; /** * 序列號 */ private long dataCenterId; public long getWorkerId() { return workerId; } public void setWorkerId(long workerId) { this.workerId = workerId; } public long getDataCenterId() { return dataCenterId; } public void setDataCenterId(long dataCenterId) { this.dataCenterId = dataCenterId; } }
七、編寫配置類
package com.leyou.order.config;
import com.leyou.order.properties.IdWorkerProperties;
import com.leyou.utils.IdWorker;
import org.springframework.boot.context.properties.EnableConfigurationProperties;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
/**
* @author: 98050
* @create: 2018-10-27
**/
@Configuration
@EnableConfigurationProperties(IdWorkerProperties.class)
public class IdWorkerConfig {
@Bean
public IdWorker idWorker(IdWorkerProperties prop) {
return new IdWorker(prop.getWorkerId(), prop.getDataCenterId());
}
}
八、使用
