snowflake ID生成器
背景
Snowflake 是 Twitter 内部的一个 ID 生算法，
可以通过一些简单的规则保证在大规模分布式情况下生成唯一的 ID 号码。
其组成为：
第一个 bit 为未使用的符号位。
第二部分由 41 位的时间戳（毫秒）构成，他的取值是当前时间相对于某一时间的偏移量。
第三部分和第四部分的 5 个 bit 位表示数据中心和机器 ID，其能表示的最大值为 2^5 -1 = 31；
最后部分由 12 个 bit 组成，其表示每个工作节点每毫秒生成的序列号 ID，同一毫秒内最多可生成 2^12 -1 即 4095 个 ID。
需要注意的是：
- 在分布式环境中，5 个 bit 位的 datacenter 和 worker 表示最多能部署 31 个数据中心，每个数据中心最多可部署 31 台节点。
41 位的二进制长度最多能表示 2^41 -1 毫秒即 69 年，所以雪花算法最多能正常使用 69 年，为了能最大限度的使用该算法，你应该为其指定一个开始时间。- 由上可知，雪花算法生成的 ID 并不能保证唯一，如当两个不同请求同一时刻进入相同的数据中心的相同节点时，而此时该节点生成的 sequence 又是相同时，就会导致生成的 ID 重复。
- 所以要想使用雪花算法生成唯一的 ID，就需要保证同一节点同一毫秒内生成的序列号是唯一的。基于此，可以有多种方式参考链接2：
RandomSequenceResolver（随机生成）
RedisSequenceResolver （基于 redis psetex 和 incrby 生成）
LaravelSequenceResolver（基于 laravel 生成）
SwooleSequenceResolver（基于 swoole_lock 锁）
不同的提供者只需要保证同一毫秒生成的序列号不同，就能得到唯一的 ID
代码
php实现
/**
-
ID 生成策略
-
毫秒级时间41位+机器ID 10位+毫秒内序列12位。
-
0 1 41 46 51 63
-
+-------+-----------+---------+-----------+-----------+
-
|unused |timestamp |workId |machineId |sequence |
-
+-------+-----------+---------+-----------+-----------+
-
1bit是 未使用的符号位
-
接着41bits是 微秒为单位的timestamp
-
接着5bits是 业务线ID
-
接着5bits是 事先配置好的机器ID
-
最后12bits是 累加计数器
-
workerId (5bits) 最多只能有32个业务同时产生ID
-
machineId (5bits) 最多只能有32台机器同时产生ID
sequence (12bits) 1台机器1ms中最多产生4096个ID
*/
class Snowflake
{const EPOCH = 1571829625238; // 起始时间戳,毫秒
const SEQUENCE_BITS = 12; // 序号部分 12位
const SEQUENCE_MAX = -1 ^ (-1 << self::SEQUENCE_BITS); // 序号最大值const WORKER_BITS = 5; // 业务节点部分 5位
const WORKER_MAX = -1 ^ (-1 << self::WORKER_BITS); // 业务节点最大数值const MACHINE_BITS = 5; // 机器部分 5位
const MACHINE_MAX = -1 ^ (-1 << self::MACHINE_BITS); // 机器数最大值const TIME_SHIFT = self::WORKER_BITS + self::MACHINE_BITS + self::SEQUENCE_BITS; // 时间戳部分左偏移量
const WORKER_SHIFT = self::MACHINE_BITS + self::SEQUENCE_BITS; // 机器部分左偏移量
const MACHINE_SHIFT = self::SEQUENCE_BITS; // 业务节点部分左偏移量protected $timestamp; // 上次ID生成时间戳
protected $workerId; // 节点ID
protected $machineId; // 机器ID
protected $sequence; // 序号public function __construct($machineId = 1, \(workerId = 1) { if (\)machineId < 0 || \(machineId > self::MACHINE_MAX) { throw new \Exception("machineId can't be greater than " .self::MACHINE_MAX. " or less than 0"); } if (\)workerId < 0 || $workerId > self::WORKER_MAX) {
throw new \Exception("workerId can't be greater than " .self::WORKER_MAX. " or less than 0");
}$this->timestamp = 0; $this->machineId = $machineId; $this->workerId = $workerId; $this->sequence = 0;}
/**
- 生成ID
- @return int
*/
public function getId()
{
$now = \(this->getTimestampM(); if (\)this->timestamp == $now) {
\(this->sequence ++; if (\)this->sequence > self::SEQUENCE_MAX) {
// 当前毫秒内生成的序号已经超出最大范围，等待下一毫秒重新生成
// 使用 usleep(1) 一样
while ($now <= $this->timestamp) {
$now = $this->getTimestampM();
}
}
} else {
$this->sequence = 0;
}
$this->timestamp = $now; // 更新ID生时间戳
\(id = ((\)now - self::EPOCH) << self::TIME_SHIFT) | (\(this->workerId << self::WORKER_SHIFT) | (\)this->machineId << self::MACHINE_SHIFT) | $this->sequence;
return $id;
}
/**
- 返回id生成参数
- @param $id
- @return array
*/
public function restoreId($id)
{
\(binary = decbin(\)id);
return [
'timestamp' => bindec(substr(\(binary, 0, -self::TIME_SHIFT)) + self::EPOCH, 'workerId' => bindec(substr(\)binary, -self::TIME_SHIFT, self::WORKER_BITS)),
'machineId' => bindec(substr(\(binary, -self::WORKER_SHIFT, self::MACHINE_BITS)), 'sequence' => bindec(substr(\)binary, -self::SEQUENCE_BITS)),
];
}
/**
- 获取当前毫秒时间戳
@return string
*/
public function getTimestampM()
{
$time = explode(' ', microtime());
\(time2= substr(\)time[0], 2, 3);
return \(time[1].\)time2;
}
}
id的混淆
- 既然使用的是snowflake方式, 可以使用 原来总结的 进制转换的方式,转换为相应的 字符串表示方式
- 或者是 使用 hashids 现有库,hashids
补充知识
正数的二进制表示方式: 补码和原码相同
负数的二进制表示方式: 以其原码的补码形式表示
正数的补码是其二进制表示，与原码相同。
负数的补码，将其原码除符号位外的所有位取反（0变1，1变0，符号位为1不变）后加1。
-1 ^ (-1 << 4)
就是-1的二进制表示为-1的补码(其值为 位数上全是1, 11111111)
其实等同于: 2的4次方 - 1
