全局唯一ID生成器(Snowflake ID组成)

Snowflake ID组成

Snowflake ID有64bits长，由以下三部分组成：

• time—42bits,精确到ms，那就意味着其可以表示长达(2^42-1)/(1000360024*365)=139.5年，另外使用者可以自己定义一个开始纪元（epoch)，然后用(当前时间-开始纪元）算出time，这表示在time这个部分在140年的时间里是不会重复的，官方文档在这里写成了41bits，应该是写错了。另外，这里用time还有一个很重要的原因，就是可以直接更具time进行排序，对于twitter这种更新频繁的应用，时间排序就显得尤为重要了。

• machine id—10bits,该部分其实由datacenterId和workerId两部分组成，这两部分是在配置文件中指明的。

  • datacenterId的作用(个人看法)

    1.方便搭建多个生成uid的service，并保证uid不重复，比如在datacenter0将机器0，1，2组成了一个生成uid的service，而datacenter1此时也需要一个生成uid的service，从本中心获取uid显然是最快最方便的，那么它可以在自己中心搭建，只要保证datacenterId唯一。如果没有datacenterId，即用10bits，那么在搭建一个新的service前必须知道目前已经在用的id，否则不能保证生成的id唯一，比如搭建的两个uid service中都有machine id为100的机器，如果其server时间相同，那么产生相同id的情况不可避免。

    2.加快server启动速度。启动一台uid server时，会去检查zk同workerId目录中其他机器的情况，如其在zk上注册的id和向它请求返回的work_id是否相同，是否处同一个datacenter下，另外还会检查该server的时间与目前已有机器的平均时间误差是否在10s范围内等，这些检查是会耗费一定时间的。将一个datacenter下的机器数限制在32台(5bits)以内，在一定程度上也保证了server的启动速度。

  • workerId是实际server机器的代号，最大到32，同一个datacenter下的workerId是不能重复的。它会被注册到zookeeper上，确保workerId未被其他机器占用，并将host:port值存入，注册成功后就可以对外提供服务了。

• sequence id —12bits,该id可以表示4096个数字，它是在time相同的情况下，递增该值直到为0，即一个循环结束，此时便只能等到下一个ms到来，一般情况下4096/ms的请求是不太可能出现的，所以足够使用了。

Snowflake ID便是通过这三部分实现了UID的产生，策略也并不复杂。下面我们来看看它的一些关键源码

/**
* 核心代码就是毫秒级时间41位+机器ID 10位+毫秒内序列12位
* */

public class IdWorker {

private long workerId;
private long datacenterId;
private long sequence = 0L;

private long twepoch = 1288834974657L;

private long workerIdBits = 5L;
private long datacenterIdBits = 5L;
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
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 IdWorker(long workerId, long datacenterId) {
// sanity check for workerId
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;
}

public synchronized long nextId() {
long timestamp = timeGen();

if (timestamp < lastTimestamp) {
System.out.println("clock is moving backwards. Rejecting requests until "+lastTimestamp);
throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
}

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

lastTimestamp = timestamp;

return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift) | (workerId << workerIdShift) | sequence;
}

protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = timeGen();
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen();
}
return timestamp;
}

protected long timeGen() {
return System.currentTimeMillis();
}
}