Twitter 的分布式自增 ID 算法 snowflake (Java 版)

本贴最后更新于 2550 天前,其中的信息可能已经事过景迁

分布式系统中,有一些需要使用全局唯一 ID 的场景,这种时候为了防止 ID 冲突可以使用 36 位的 UUID,但是 UUID 有一些缺点,首先他相对比较长,另外 UUID 一般是无序的。

有些时候我们希望能使用一种简单一些的 ID,并且希望 ID 能够按照时间有序生成。

而 twitter 的 snowflake 解决了这种需求,最初 Twitter 把存储系统从 MySQL 迁移到 Cassandra,因为 Cassandra 没有顺序 ID 生成机制,所以开发了这样一套全局唯一 ID 生成服务。

结构

snowflake 的结构如下(每部分用-分开):

0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000

第一位为未使用,接下来的 41 位为毫秒级时间(41 位的长度可以使用 69 年),然后是 5 位 datacenterId 和 5 位 workerId(10 位的长度最多支持部署 1024 个节点) ,最后 12 位是毫秒内的计数(12 位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生 4096 个 ID 序号)

一共加起来刚好 64 位,为一个 Long 型。(转换成字符串后长度最多 19)

snowflake 生成的 ID 整体上按照时间自增排序,并且整个分布式系统内不会产生 ID 碰撞(由 datacenter 和 workerId 作区分),并且效率较高。经测试 snowflake 每秒能够产生 26 万个 ID。

/** * Twitter_Snowflake<br> * SnowFlake的结构如下(每部分用-分开):<br> * 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000 <br> * 1位标识,由于long基本类型在Java中是带符号的,最高位是符号位,正数是0,负数是1,所以id一般是正数,最高位是0<br> * 41位时间截(毫秒级),注意,41位时间截不是存储当前时间的时间截,而是存储时间截的差值(当前时间截 - 开始时间截) * 得到的值),这里的的开始时间截,一般是我们的id生成器开始使用的时间,由我们程序来指定的(如下下面程序IdWorker类的startTime属性)。41位的时间截,可以使用69年,年T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69<br> * 10位的数据机器位,可以部署在1024个节点,包括5位datacenterId和5位workerId<br> * 12位序列,毫秒内的计数,12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒(同一机器,同一时间截)产生4096个ID序号<br> * 加起来刚好64位,为一个Long型。<br> * SnowFlake的优点是,整体上按照时间自增排序,并且整个分布式系统内不会产生ID碰撞(由数据中心ID和机器ID作区分),并且效率较高,经测试,SnowFlake每秒能够产生26万ID左右。 */ public class SnowflakeIdWorker { // ==============================Fields=========================================== /** 开始时间截 (2015-01-01) */ private final long twepoch = 1420041600000L; /** 机器id所占的位数 */ private final long workerIdBits = 5L; /** 数据标识id所占的位数 */ private final long datacenterIdBits = 5L; /** 支持的最大机器id,结果是31 (这个移位算法可以很快的计算出几位二进制数所能表示的最大十进制数) */ private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); /** 支持的最大数据标识id,结果是31 */ private final long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); /** 序列在id中占的位数 */ private final long sequenceBits = 12L; /** 机器ID向左移12位 */ private final long workerIdShift = sequenceBits; /** 数据标识id向左移17位(12+5) */ private final long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits; /** 时间截向左移22位(5+5+12) */ private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits; /** 生成序列的掩码,这里为4095 (0b111111111111=0xfff=4095) */ private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits); /** 工作机器ID(0~31) */ private long workerId; /** 数据中心ID(0~31) */ private long datacenterId; /** 毫秒内序列(0~4095) */ private long sequence = 0L; /** 上次生成ID的时间截 */ private long lastTimestamp = -1L; //==============================Constructors===================================== /** * 构造函数 * @param workerId 工作ID (0~31) * @param datacenterId 数据中心ID (0~31) */ public SnowflakeIdWorker(long workerId, long datacenterId) { 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; } // ==============================Methods========================================== /** * 获得下一个ID (该方法是线程安全的) * @return SnowflakeId */ public synchronized long nextId() { long timestamp = timeGen(); //如果当前时间小于上一次ID生成的时间戳,说明系统时钟回退过这个时候应当抛出异常 if (timestamp < lastTimestamp) { throw new RuntimeException( String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp)); } //如果是同一时间生成的,则进行毫秒内序列 if (lastTimestamp == timestamp) { sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; //毫秒内序列溢出 if (sequence == 0) { //阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp); } } //时间戳改变,毫秒内序列重置 else { sequence = 0L; } //上次生成ID的时间截 lastTimestamp = timestamp; //移位并通过或运算拼到一起组成64位的ID return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) // | (datacenterId << datacenterIdShift) // | (workerId << workerIdShift) // | sequence; } /** * 阻塞到下一个毫秒,直到获得新的时间戳 * @param lastTimestamp 上次生成ID的时间截 * @return 当前时间戳 */ protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) { long timestamp = timeGen(); while (timestamp <= lastTimestamp) { timestamp = timeGen(); } return timestamp; } /** * 返回以毫秒为单位的当前时间 * @return 当前时间(毫秒) */ protected long timeGen() { return System.currentTimeMillis(); } //==============================Test============================================= /** 测试 */ public static void main(String[] args) { SnowflakeIdWorker idWorker = new SnowflakeIdWorker(0, 0); for (int i = 0; i < 1000; i++) { long id = idWorker.nextId(); System.out.println(Long.toBinaryString(id)); System.out.println(id); } } }

参考

https://github.com/twitter/snowflake

  • B3log

    B3log 是一个开源组织,名字来源于“Bulletin Board Blog”缩写,目标是将独立博客与论坛结合,形成一种新的网络社区体验,详细请看 B3log 构思。目前 B3log 已经开源了多款产品:SymSoloVditor思源笔记

    1062 引用 • 3455 回帖 • 151 关注
  • MySQL

    MySQL 是一个关系型数据库管理系统,由瑞典 MySQL AB 公司开发,目前属于 Oracle 公司。MySQL 是最流行的关系型数据库管理系统之一。

    694 引用 • 537 回帖 • 1 关注
  • Java

    Java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。

    3201 引用 • 8217 回帖

相关帖子

欢迎来到这里!

我们正在构建一个小众社区,大家在这里相互信任,以平等 • 自由 • 奔放的价值观进行分享交流。最终,希望大家能够找到与自己志同道合的伙伴,共同成长。

注册 关于
请输入回帖内容 ...

推荐标签 标签

  • 一些有用的避坑指南。

    69 引用 • 93 回帖 • 1 关注
  • Eclipse

    Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台。就其本身而言,它只是一个框架和一组服务,用于通过插件组件构建开发环境。

    76 引用 • 258 回帖 • 624 关注
  • Outlook
    1 引用 • 5 回帖 • 2 关注
  • 创造

    你创造的作品可能会帮助到很多人,如果是开源项目的话就更赞了!

    186 引用 • 1021 回帖
  • Hprose

    Hprose 是一款先进的轻量级、跨语言、跨平台、无侵入式、高性能动态远程对象调用引擎库。它不仅简单易用,而且功能强大。你无需专门学习,只需看上几眼,就能用它轻松构建分布式应用系统。

    9 引用 • 17 回帖 • 642 关注
  • Google

    Google(Google Inc.,NASDAQ:GOOG)是一家美国上市公司(公有股份公司),于 1998 年 9 月 7 日以私有股份公司的形式创立,设计并管理一个互联网搜索引擎。Google 公司的总部称作“Googleplex”,它位于加利福尼亚山景城。Google 目前被公认为是全球规模最大的搜索引擎,它提供了简单易用的免费服务。不作恶(Don't be evil)是谷歌公司的一项非正式的公司口号。

    49 引用 • 192 回帖
  • Vim

    Vim 是类 UNIX 系统文本编辑器 Vi 的加强版本,加入了更多特性来帮助编辑源代码。Vim 的部分增强功能包括文件比较(vimdiff)、语法高亮、全面的帮助系统、本地脚本(Vimscript)和便于选择的可视化模式。

    29 引用 • 66 回帖
  • TGIF

    Thank God It's Friday! 感谢老天,总算到星期五啦!

    291 引用 • 4495 回帖 • 663 关注
  • Log4j

    Log4j 是 Apache 开源的一款使用广泛的 Java 日志组件。

    20 引用 • 18 回帖 • 36 关注
  • Tomcat

    Tomcat 最早是由 Sun Microsystems 开发的一个 Servlet 容器,在 1999 年被捐献给 ASF(Apache Software Foundation),隶属于 Jakarta 项目,现在已经独立为一个顶级项目。Tomcat 主要实现了 JavaEE 中的 Servlet、JSP 规范,同时也提供 HTTP 服务,是市场上非常流行的 Java Web 容器。

    162 引用 • 529 回帖 • 8 关注
  • WebSocket

    WebSocket 是 HTML5 中定义的一种新协议,它实现了浏览器与服务器之间的全双工通信(full-duplex)。

    48 引用 • 206 回帖 • 279 关注
  • 外包

    有空闲时间是接外包好呢还是学习好呢?

    26 引用 • 233 回帖 • 1 关注
  • PostgreSQL

    PostgreSQL 是一款功能强大的企业级数据库系统,在 BSD 开源许可证下发布。

    22 引用 • 22 回帖 • 3 关注
  • 导航

    各种网址链接、内容导航。

    45 引用 • 177 回帖 • 1 关注
  • Swagger

    Swagger 是一款非常流行的 API 开发工具,它遵循 OpenAPI Specification(这是一种通用的、和编程语言无关的 API 描述规范)。Swagger 贯穿整个 API 生命周期,如 API 的设计、编写文档、测试和部署。

    26 引用 • 35 回帖 • 4 关注
  • MyBatis

    MyBatis 本是 Apache 软件基金会 的一个开源项目 iBatis,2010 年这个项目由 Apache 软件基金会迁移到了 google code,并且改名为 MyBatis ,2013 年 11 月再次迁移到了 GitHub。

    173 引用 • 414 回帖 • 365 关注
  • Jenkins

    Jenkins 是一套开源的持续集成工具。它提供了非常丰富的插件,让构建、部署、自动化集成项目变得简单易用。

    54 引用 • 37 回帖 • 1 关注
  • React

    React 是 Facebook 开源的一个用于构建 UI 的 JavaScript 库。

    192 引用 • 291 回帖 • 369 关注
  • SOHO

    为成为自由职业者在家办公而努力吧!

    7 引用 • 55 回帖 • 2 关注
  • Markdown

    Markdown 是一种轻量级标记语言,用户可使用纯文本编辑器来排版文档,最终通过 Markdown 引擎将文档转换为所需格式(比如 HTML、PDF 等)。

    172 引用 • 1538 回帖
  • 阿里云

    阿里云是阿里巴巴集团旗下公司,是全球领先的云计算及人工智能科技公司。提供云服务器、云数据库、云安全等云计算服务,以及大数据、人工智能服务、精准定制基于场景的行业解决方案。

    85 引用 • 324 回帖
  • TextBundle

    TextBundle 文件格式旨在应用程序之间交换 Markdown 或 Fountain 之类的纯文本文件时,提供更无缝的用户体验。

    1 引用 • 2 回帖 • 82 关注
  • App

    App(应用程序,Application 的缩写)一般指手机软件。

    91 引用 • 384 回帖
  • PWA

    PWA(Progressive Web App)是 Google 在 2015 年提出、2016 年 6 月开始推广的项目。它结合了一系列现代 Web 技术,在网页应用中实现和原生应用相近的用户体验。

    14 引用 • 69 回帖 • 186 关注
  • Lute

    Lute 是一款结构化的 Markdown 引擎,支持 Go 和 JavaScript。

    29 引用 • 202 回帖 • 29 关注
  • Telegram

    Telegram 是一个非盈利性、基于云端的即时消息服务。它提供了支持各大操作系统平台的开源的客户端,也提供了很多强大的 APIs 给开发者创建自己的客户端和机器人。

    5 引用 • 35 回帖
  • Sublime

    Sublime Text 是一款可以用来写代码、写文章的文本编辑器。支持代码高亮、自动完成,还支持通过插件进行扩展。

    10 引用 • 5 回帖