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如何生成一个全局唯一的递增序列号?

betcha

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发布时间:2025-09-11 11:57:01

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来源于php中文网

原创

答案是使用Snowflake算法生成全局唯一递增ID:通过41位时间戳保证趋势递增,10位机器ID确保分布式唯一性,12位序列号支持毫秒级并发,三者结合实现高效、可扩展的分布式ID生成方案。

如何生成一个全局唯一的递增序列号?

生成一个全局唯一的递增序列号,这听起来简单,但一旦你跳出单机环境,进入分布式系统的世界,它立刻变成了一个需要深思熟虑的问题。核心在于,我们追求的不仅仅是“唯一”,更是“递增”这个特性,它往往承载着业务上的排序、时间戳或者逻辑顺序的意义。简单来说,没有一个放之四海而皆准的银弹,每种方案都有其适用场景和不得不面对的取舍。

要真正实现“全局唯一且递增”的序列号,在我看来,我们需要跳出传统数据库自增ID的局限。一个非常经典且被广泛实践的思路,就是借鉴Twitter的Snowflake算法。

Snowflake的核心思想是,把一个64位的长整型ID,巧妙地拆分成几个部分:

  1. 时间戳(Timestamp):这是ID递增的关键。通常是毫秒级的时间戳,比如从某个“纪元”(epoch)开始的毫秒数。它占据了ID的最高位,确保了ID的整体递增趋势。
  2. 机器ID/工作节点ID(Worker ID/DataCenter ID):这部分用于标识生成ID的机器或服务实例。它解决了分布式环境下的“全局唯一”问题。每台机器或每个服务节点都有一个独一无二的ID,这样即使在同一毫秒内,不同机器生成的ID也能区分开。
  3. 序列号(Sequence Number):这是在同一毫秒内,如果同一台机器生成了多个ID,用来区分它们的。它是一个自增的计数器,通常在每毫秒内用完后会重置。

举个例子,一个典型的Snowflake ID结构可能是这样的:

1位符号位(固定为0) + 41位时间戳 + 10位机器ID + 12位序列号

这意味着:

PHPWind 9.0 模板开发
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PHPWind(简称:PW,中国国家版权局著作权登记号为:2004SR06082)的使命是让网站更具价值,让更多人从网络中享受便利,以提升生活品质。 PHPWind的两位创始人王学集、林耀纳于2003年发布了PHPWind的前身版本ofstar,并发展成为包含BBS、CMS、博客、SNS等一系列程序的通用型建站软件。至今累计已有超过120万网站使用phpwind,每天还有1000个新增网站,这些

下载
  • 41位时间戳可以支持大约69年的时间(2^41毫秒),从你设定的纪元开始算。
  • 10位机器ID可以支持1024个不同的机器或服务节点(2^10)。
  • 12位序列号可以支持每毫秒在单个节点上生成4096个ID(2^12)。

这种设计非常精妙,它将时间、机器标识和局部计数器结合起来,既保证了全局唯一性,又天然地带有时间顺序,并且在大多数情况下,是递增的。

实现上,你需要一个ID生成服务,或者在每个需要生成ID的应用实例中内嵌生成逻辑。关键在于,每个工作节点启动时,需要获取一个唯一的

Worker ID
。这通常可以通过配置、ZooKeeper、或者服务注册中心来分配。

当然,这里有个小小的陷阱。如果系统时钟回拨,或者机器ID分配不当,就可能出现ID冲突或者非递增的情况。所以,在实现时,需要对时钟回拨进行严格的检测和处理,比如暂停服务、等待时钟追上、或者拒绝生成ID。至于Worker ID,它的分配和管理,是整个方案健壮性的基石。

// 简化版Snowflake ID生成器示例(仅作概念说明,实际生产环境需更严谨)
public class SnowflakeIdGenerator {
    private final long twepoch = 1672531200000L; // 2023-01-01 00:00:00 GMT+8
    private final long workerIdBits = 10L;
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    private final long sequenceBits = 12L;

    private final long workerIdShift = sequenceBits;
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    private long workerId;
    private long sequence = 0L;
    private long lastTimestamp = -1L;

    public SnowflakeIdGenerator(long workerId) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        this.workerId = workerId;
    }

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

        if (timestamp < lastTimestamp) {
            // 时钟回拨,抛异常或等待
            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) {
                // 当前毫秒内序列用完,等待下一毫秒
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L

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