全局唯一ID——Snowflake算法

最新推荐文章于 2025-03-15 07:00:00 发布

～千溪杂谈(随风而逝)～

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分类专栏：分布式系统与数据库理论文章标签：算法分布式

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/wowowoc/article/details/142850101

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背景

在分布式系统生成唯一ID，面临的问题：

一些其他方案：
• 数据库自增 ID：很自然的实现，但容易会成为性能瓶颈和单点故障，不适用于过高并发的分布式系统。
• UUID：虽然能保证全局唯一性，但长度较长（128 位），且为随机分布，不利于数据库索引优化。

Snowflake 是 Twitter 开源的一种生成全局唯一 ID 的算法，旨在解决分布式系统中唯一标识符生成的问题。能够在高并发情况下，快速生成不重复、有序的 64 位整数 ID。Snowflake算法，利用了时间戳、机器标识、序列号等方式，巧妙的完成的ID生成。

如上图，位置从左到右依次为高位到低位，即从第63位（最高位）到第0位（最低位）；总共64位，组成一个唯一的 Snowflake ID。

各参数定义如下：

符号位（1位，第63位）：
• 占用最高位（第63位），始终为0，不使用。为了确保生成的 ID 是非负整数，Snowflake 将最高位的符号位设为 0，也可用于拓展
时间戳部分（41位，第62位 - 第22位）：
• 表示从自定义纪元（如 2020-01-01 00:00:00）开始经过的毫秒数。
• 占用位：第62位到第22位，共41位。
数据中心ID（5位，第21位 - 第17位）：
• 标识数据中心或机房。
• 可表示 0 到 31 之间的整数（共32个数据中心）。
• 占用位：第21位到第17位，共5位。
机器ID（5位，第16位 - 第12位）：
• 标识同一数据中心内的机器或节点。
• 可表示 0 到 31 之间的整数（共32台机器）。
• 占用位：第16位到第12位，共5位。
序列号（12位，第11位 - 第0位）：
• 在同一毫秒内生成的序列号，防止 ID 冲突。
• 可表示 0 到 4095 之间的整数（每毫秒可生成 4096 个不同的 ID）。
• 占用位：第11位到第0位，共12位。

自定义纪元：2020-01-01 00:00:00
获取当前时间：2024-10-11 12:00:00
数据中心 ID：3
机器 ID：12
序列号：0

计算过程如下：

计算时间戳差值：时间戳差值 = 当前时间毫秒数 - 自定义纪元毫秒数
ID = (时间戳差值 << 22) | (数据中心 ID << 17) | (机器 ID << 12) | 序列号（按照上述位置分布移动位），如果序号超过4096，那么ID生成器等待1ms继续生成

依赖系统时间
• 时钟回拨问题：如果服务器时间出现回拨，可能导致 ID 冲突或重复。以及需要服务器有可靠的时间同步机制，依赖于 NTP 服务等。
• 解决方案：需要在代码中检测时钟回拨，采取等待或抛出异常等措施。
时间戳溢出
• 使用期限有限：41 位时间戳约可使用 69 年（从自定义纪元开始），需要合理设置纪元时间。大部分系统够用
单点故障风险
• 机器故障：如果某台机器的机器 ID 或数据中心 ID 配置错误，可能导致 ID 冲突。
• 解决方案：需要对机器 ID 和数据中心 ID 进行统一管理，防止重复。同时部分场景，可能存在不多的数据中心或者机器，可以适当调整上述位置分布
序列号耗尽
• 高并发限制：在极高并发的情况下（单机每毫秒超过 4096 个请求），序列号可能耗尽，导致生成 ID 失败。
• 解决方案：可以适当调整位数分配，增加序列号位数，或者在应用层进行限流。或者等待
跨语言的实现风险
• 不同编码：由于各语言对整数的处理方式可能不同，跨语言传递时需要注意大整数的序列化和反序列化。