雪花算法详解与Java实现:分布式唯一ID生成原理

2024年 2月 2日 83.0k 0

SnowFlake 算法,是 Twitter 开源的分布式 ID 生成算法。

其核心思想就是:使用一个 64 bit 的 long 型的数字作为全局唯一 ID。在分布式系统中的应用十分广泛,且 ID 引入了时间戳,基本上保持自增的,后面的代码中有详细的注解。

这 64 个 bit 中,其中 1 个 bit 是不用的,然后用其中的 41 bit 作为毫秒数,用 10 bit 作为工作机器 ID,12 bit 作为序列号。

图片图片

给大家举个例子吧,比如下面那个 64 bit 的 long 型数字:

  • 第一个部分是 1 个 bit:0,这个是无意义的。
  • 第二个部分是 41 个 bit:表示的是时间戳。
  • 第三个部分是 5 个 bit:表示的是机房 ID,10001。
  • 第四个部分是 5 个 bit:表示的是机器 ID,1 1001。
  • 第五个部分是 12 个 bit:表示的序号,就是某个机房某台机器上这一毫秒内同时生成的 id 的序号,0000 00000000。

1 bit:是不用的,为啥呢?

因为二进制里第一个 bit 为如果是 1,那么都是负数,但是我们生成的 ID 都是正数,所以第一个 bit 统一都是 0。

41 bit:表示的是时间戳,单位是毫秒。

41 bit 可以表示的数字多达 2^41 - 1,也就是可以表示 2 ^ 41 - 1 个毫秒值,换算成年就是表示 69 年的时间。

10 bit:记录工作机器 ID。

代表的是这个服务最多可以部署在 2^10 台机器上,也就是 1024 台机器。

但是 10 bit 里 5 个 bit 代表机房 ID,5 个 bit 代表机器 ID。意思就是最多代表 2 ^ 5 个机房(32 个机房),每个机房里可以代表 2 ^ 5 个机器(32 台机器),也可以根据自己公司的实际情况确定。

12 bit:这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同 ID。

12 bit 可以代表的最大正整数是 2 ^ 12 - 1 = 4096,也就是说可以用这个 12 bit 代表的数字来区分同一个毫秒内的 4096 个不同的 ID。

简单来说,你的某个服务假设要生成一个全局唯一 ID,那么就可以发送一个请求给部署了 SnowFlake 算法的系统,由这个 SnowFlake 算法系统来生成唯一 ID。

这个 SnowFlake 算法系统首先肯定是知道自己所在的机房和机器的,比如机房 ID = 17,机器 ID = 12。

接着 SnowFlake 算法系统接收到这个请求之后,首先就会用二进制位运算的方式生成一个 64 bit 的 long 型 ID,64 个 bit 中的第一个 bit 是无意义的。

接着 41 个 bit,就可以用当前时间戳(单位到毫秒),然后接着 5 个 bit 设置上这个机房 ID,还有 5 个 bit 设置上机器 ID。

最后再判断一下,当前这台机房的这台机器上这一毫秒内,这是第几个请求,给这次生成 ID 的请求累加一个序号,作为最后的 12 个 bit。

最终一个 64 个 bit 的 ID 就出来了,类似于:

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这个算法可以保证,一个机房的一台机器上,在同一毫秒内生成了一个唯一的 ID。可能一个毫秒内会生成多个 ID,但是有最后 12 个 bit 的序号来区分开来。

下面我们简单看看这个 SnowFlake 算法的一个代码实现,这就是个示例,大家如果理解了这个意思之后,以后可以自己尝试改造这个算法。

总之就是用一个 64 bit 的数字中各个 bit 位来设置不同的标志位,区分每一个 ID。

SnowFlake 算法的实现代码如下:

public class IdWorker {

//因为二进制里第一个 bit 为如果是 1,那么都是负数,但是我们生成的 id 都是正数,所以第一个 bit 统一都是 0。

//机器ID 2进制5位 32位减掉1位 31个
private long workerId;
//机房ID 2进制5位 32位减掉1位 31个
private long datacenterId;
//代表一毫秒内生成的多个id的最新序号 12位 4096 -1 = 4095 个
private long sequence;
//设置一个时间初始值 2^41 - 1 差不多可以用69年
private long twepoch = 1585644268888L;
//5位的机器id
private long workerIdBits = 5L;
//5位的机房id
private long datacenterIdBits = 5L;
//每毫秒内产生的id数 2 的 12次方
private long sequenceBits = 12L;
// 这个是二进制运算,就是5 bit最多只能有31个数字,也就是说机器id最多只能是32以内
private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L

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