一、介绍
snowflow算法是twitter推出的分布式id生成算法，主要核心思想就是利用64bit的long类型的数字作为全局的id。在分布式系统中经常应用到，并且，在id中加入了时间戳的概念，基本上保持不重复，并且持续一种向上增加的方式。
在这64bit中，其中``第一个bit是不用的，然后用其中的41个bit作为毫秒数，用10bit作为工作机器id,12bit`作为序列号.具体如下图所示：
第一个部分：0,这个是个符号位，因为在二进制中第一个bit如果是1的话，那么都是负数，但是我们生成的这些id都是正数，所以第一个bit基本上都是0
第二个部分：41个bit,代表的是一个时间戳，41bit可以表示的数字多达$2^{41} $-1,也可以表示2^{41}-1个毫秒值，基本上差不多是69年。
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第三个部分：5个bit 表示的是机房id。
第四个部分：5个bit 表示的是机器id。
第五个部分：12个bit 表示的是机房id，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，如果是同一毫秒，那么这个雪花值就会递增
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。
这个算法可以保证说，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。
下面我们就来简单看下这个算法的代码实现部分。
总之就是用一个64bit的数字中各个bit位置来设置不同的标志位
二、代码实现
package com.lhh.utils;
/**
* @author liuhuanhuan
* @version 1.0
* @date 2022/2/21 22:33
* @describe Twitter推出的分布式唯一id算法
*/
public class SnowFlow {
//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 << workerIdBits);
// 这个是一个意思，就是5 bit最多只能有31个数字，机房id最多只能是32以内
private long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
private long workerIdShift = sequenceBits;
private long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
// -1L 二进制就是1111 1111 为什么？
// -1 左移12位就是 1111 1111 0000 0000 0000 0000
// 异或 相同为0 ，不同为1
// 1111 1111 0000 0000 0000 0000
// ^
// 1111 1111 1111 1111 1111 1111
// 0000 0000 1111 1111 1111 1111 换算成10进制就是4095
private long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
//记录产生时间毫秒数，判断是否是同1毫秒
private long lastTimestamp = -1L;
public long getWorkerId(){
return workerId;
}
public long getDatacenterId() {
return datacenterId;
}
public long getTimestamp() {
return System.currentTimeMillis();
}
public SnowFlow() {
}
public SnowFlow(long workerId, long datacenterId, long sequence) {
// 检查机房id和机器id是否超过31 不能小于0
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;
this.sequence = sequence;
}
// 这个是核心方法，通过调用nextId()方法，
// 让当前这台机器上的snowflake算法程序生成一个全局唯一的id
public synchronized long nextId() {
// 这儿就是获取当前时间戳，单位是毫秒
long timestamp = timeGen();
// 判断是否小于上次时间戳，如果小于的话，就抛出异常
if (timestamp < lastTimestamp) {
System.err.printf("clock is moving backwards. Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
throw new RuntimeException(
String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds",
lastTimestamp - timestamp));
}
// 下面是说假设在同一个毫秒内，又发送了一个请求生成一个id
// 这个时候就得把seqence序号给递增1，最多就是4096
if (timestamp == lastTimestamp) {
// 这个意思是说一个毫秒内最多只能有4096个数字，无论你传递多少进来，
//这个位运算保证始终就是在4096这个范围内，避免你自己传递个sequence超过了4096这个范围
sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
//当某一毫秒的时间，产生的id数 超过4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生ID
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
}
} else {
sequence = 0;
}
// 这儿记录一下最近一次生成id的时间戳，单位是毫秒
lastTimestamp = timestamp;
// 这儿就是最核心的二进制位运算操作，生成一个64bit的id
// 先将当前时间戳左移，放到41 bit那儿；将机房id左移放到5 bit那儿；将机器id左移放到5 bit那儿；将序号放最后12 bit
// 最后拼接起来成一个64 bit的二进制数字，转换成10进制就是个long型
return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) |
(datacenterId << datacenterIdShift) |
(workerId << workerIdShift) | sequence;
}
/**
* 当某一毫秒的时间，产生的id数 超过4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生ID
* @param lastTimestamp
* @return
*/
private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = timeGen();
while (timestamp <= lastTimestamp) {
timestamp = timeGen();
}
return timestamp;
}
//获取当前时间戳
private long timeGen(){
return System.currentTimeMillis();
}
/**
* main 测试类
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// System.out.println(1&4596);
// System.out.println(2&4596);
// System.out.println(6&4596);
// System.out.println(6&4596);
// System.out.println(6&4596);
// System.out.println(6&4596);
SnowFlow snowFlow = new SnowFlow(1, 1, 1);
for (int i = 0; i < 22; i++) {
System.out.println(snowFlow.nextId());
// }
}
}
}三、算法优缺点
优点：
（1）高性能高可用：生成时不依赖于数据库，完全在内存中生成。
（2）容量大：每秒中能生成数百万的自增ID。
（3）ID自增：存入数据库中，索引效率高。
缺点：
依赖与系统时间的一致性，如果系统时间被回调，或者改变，可能会造成id冲突或者重复(时钟重播造成的id重复问题)
