雪花算法生成主键id

本文介绍了如何在SpringBoot项目中使用Twitter的SnowFlake算法生成全局唯一ID,包括配置文件设置、创建配置类、核心类的使用,并讨论了算法的优缺点。该算法提供高性能、大容量的ID生成,但依赖系统时间一致性。

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雪花算法

SnowFlake 算法,是 Twitter(一家美国社交网络及微博客服务的公司,致力于服务公众对话) 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。
在这里插入图片描述

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,是无意义的:
    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,也就是可以标识 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),这里可以随意拆分,比如拿出4位标识业务号,其他6位作为机器号。可以随意组合。
  • 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。也就是同一毫秒内同一台机器所生成的最大ID数量为4096

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器号,(这里姑且讲10bit全部作为工作机器ID)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。接着用当前时间戳(单位到毫秒)占用41 个 bit,然后接着 10 个 bit 设置机器 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。

Springboot项目使用雪花算法

1.生成id

首先生成雪花id,这样虽然可以直接调用也就是通过new这个类的对象来生成,但是因为使用了spring框架,交给容器管理更好,所以下面就通过配置来实现将类注入到容器中
因为生成雪花id时要传入两个long型的参数,所以将这两个参数提到配置文件中来
application.yml

com:
  qiku:
    demo:
      snowflake:
        machine-id: 1
        data-center-id: 1

2、创建一个类 TestProperties ,来获取配置文件中的信息。

import 
Java中的雪花算法(Snowflake)可以用于生成唯一的主键ID。下面是一个简单的实现示例: ```java public class SnowflakeIdGenerator { private final static long START_TIMESTAMP = 1614556800000L; // 设置起始时间戳,这里假设为2021-03-01 00:00:00 private final static long DATA_CENTER_ID_BITS = 5L; // 数据中心ID所占的位数 private final static long WORKER_ID_BITS = 5L; // 工作机器ID所占的位数 private final static long SEQUENCE_BITS = 12L; // 序列号所占的位数 private final static long MAX_DATA_CENTER_ID = ~(-1L << DATA_CENTER_ID_BITS); // 支持的最大数据中心ID数量 private final static long MAX_WORKER_ID = ~(-1L << WORKER_ID_BITS); // 支持的最大工作机器ID数量 private final static long WORKER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS; // 工作机器ID左移位数 private final static long DATA_CENTER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS; // 数据中心ID左移位数 private final static long TIMESTAMP_LEFT_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS + DATA_CENTER_ID_BITS; // 时间戳左移位数 private final static long SEQUENCE_MASK = ~(-1L << SEQUENCE_BITS); // 序列号掩码 private long workerId; // 工作机器ID private long dataCenterId; // 数据中心ID private long sequence = 0L; // 序列号 private long lastTimestamp = -1L; // 上次生成ID的时间戳 public SnowflakeIdGenerator(long dataCenterId, long workerId) { if (dataCenterId > MAX_DATA_CENTER_ID || dataCenterId < 0) { throw new IllegalArgumentException("Data center ID can't be greater than " + MAX_DATA_CENTER_ID + " or less than 0"); } if (workerId > MAX_WORKER_ID || workerId < 0) { throw new IllegalArgumentException("Worker ID can't be greater than " + MAX_WORKER_ID + " or less than 0"); } this.dataCenterId = dataCenterId; this.workerId = workerId; } public synchronized long generateId() { long currentTimestamp = System.currentTimeMillis(); if (currentTimestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate ID for " + (lastTimestamp - currentTimestamp) + " milliseconds"); } if (currentTimestamp == lastTimestamp) { sequence = (sequence + 1) & SEQUENCE_MASK; if (sequence == 0) { currentTimestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } } else { sequence = 0L; } lastTimestamp = currentTimestamp; return ((currentTimestamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT) | (dataCenterId << DATA_CENTER_ID_SHIFT) | (workerId << WORKER_ID_SHIFT) | sequence; } private long tilNextMillis(long lastTimestamp) { long timestamp = System.currentTimeMillis(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = System.currentTimeMillis(); } return timestamp; } } ``` 使用示例: ```java public class Main { public static void main(String[] args) { // 创建一个SnowflakeIdGenerator实例,传入数据中心ID和工作机器ID SnowflakeIdGenerator idGenerator = new SnowflakeIdGenerator(1, 1); // 生成ID long id = idGenerator.generateId(); System.out.println("Generated ID: " + id); } } ``` 这样就可以使用雪花算法在Java中生成唯一的主键ID了。
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