雪花算法及微服务集群唯一ID解决方案
雪花算法（SnowFlake）
简介
现在的服务基本是分布式、微服务形式的，而且大数据量也导致分库分表的产生，对于水平分表就需要保证表中 id 的全局唯一性。
对于 MySQL 而言，一个表中的主键 id 一般使用自增的方式，但是如果进行水平分表之后，多个表中会生成重复的 id 值。那么如何保证水平分表后的多张表中的 id 是全局唯一性的呢？
如果还是借助数据库主键自增的形式，那么可以让不同表初始化一个不同的初始值，然后按指定的步长进行自增。例如有3张拆分表，初始主键值为1，2，3，自增步长为3。
当然也有人使用 UUID 来作为主键，但是 UUID 生成的是一个无序的字符串，对于 MySQL 推荐使用增长的数值类型值作为主键来说不适合。
也可以使用 Redis 的自增原子性来生成唯一 id，但是这种方式业内比较少用。
当然还有其他解决方案，不同互联网公司也有自己内部的实现方案。雪花算法是其中一个用于解决分布式 id 的高效方案，也是许多互联网公司在推荐使用的。
SnowFlake 雪花算法
SnowFlake 中文意思为雪花，故称为雪花算法。最早是 Twitter 公司在其内部用于分布式环境下生成唯一 ID。在2014年开源 scala 语言版本。
雪花算法的原理就是生成一个的 64 位比特位的 long 类型的唯一 id。
最高 1 位固定值 0，因为生成的 id 是正整数，如果是 1 就是负数了。
接下来 41 位存储毫秒级时间戳，2^41/(1000606024365)=69，大概可以使用 69 年。
再接下 10 位存储机器码，包括 5 位 datacenterId 和 5 位 workerId。最多可以部署 2^10=1024 台机器。
最后 12 位存储序列号。同一毫秒时间戳时，通过这个递增的序列号来区分。即对于同一台机器而言，同一毫秒时间戳下，可以生成 2^12=4096 个不重复 id。
可以将雪花算法作为一个单独的服务进行部署，然后需要全局唯一 id 的系统，请求雪花算法服务获取 id 即可。
对于每一个雪花算法服务，需要先指定 10 位的机器码，这个根据自身业务进行设定即可。例如机房号+机器号，机器号+服务号，或者是其他可区别标识的 10 位比特位的整数值都行。
实际应用
MybatisPlus实现
依赖：
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
<version>3.3.1</version>
</dependency>
yml配置：
mybatis-plus:
configuration:
log-impl: org.apache.ibatis.logging.stdout.StdOutImpl
global-config:
worker-id: ${random.int(1,31)}
datacenter-id: ${random.int(1,31)}
测试实体：
@Data
@TableName("test_content")
public class TestContent {
/**
* ID
*/
@TableId(type = IdType.ASSIGN_ID)
private Long id;
/**
* 数据内容
*/
private String content;
/**
* 部门id
*/
private Integer deptId;
}
测试控制层：
@GetMapping("/test2")
public String add() {
TestContent testContent = new TestContent();
testContent.setContent(new Random().nextInt() + "自定义添加内容");
testContent.setDeptId(1);
int insert = testContentService.getBaseMapper().insert(testContent);
log.info("插入成功:{}", testContent.getId());
return "插入成功";
}
插入测试：
非ID字段需要id时可使用Idwork
testContent.setId(IdWorker.getId());
源码解析：
IdWorker提供获取id的基本方法，底层通过DefaultIdentifierGenerator生成序列Sequence类用于生成雪花id
public class IdWorker {
private static IdentifierGenerator IDENTIFIER_GENERATOR = new DefaultIdentifierGenerator();
public static final DateTimeFormatter MILLISECOND = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMddHHmmssSSS");
public IdWorker() {
}
public static long getId() {
return getId(new Object());
}
public static long getId(Object entity) {
return IDENTIFIER_GENERATOR.nextId(entity).longValue();
}
public static String getIdStr() {
return getIdStr(new Object());
}
public static String getIdStr(Object entity) {
return IDENTIFIER_GENERATOR.nextId(entity).toString();
}
public static String getMillisecond() {
return LocalDateTime.now().format(MILLISECOND);
}
public static String getTimeId() {
return getMillisecond() + getIdStr();
}
public static void initSequence(long workerId, long dataCenterId) {
IDENTIFIER_GENERATOR = new DefaultIdentifierGenerator(workerId, dataCenterId);
}
public static void setIdentifierGenerator(IdentifierGenerator identifierGenerator) {
IDENTIFIER_GENERATOR = identifierGenerator;
}
public static String get32UUID() {
ThreadLocalRandom random = ThreadLocalRandom.current();
return (new UUID(random.nextLong(), random.nextLong())).toString().replace("-", "");
}
}
Sequence类：主要构造方法包含两个参数 类比雪花算法的机器ID和服务ID，集群模式下最好不要重复，否则可能会造成生成的Id重复,两个参数可在YML文件中配置
public class Sequence {
private static final Log logger = LogFactory.getLog(Sequence.class);
private final long twepoch = 1288834974657L;
private final long workerIdBits = 5L;
private final long datacenterIdBits = 5L;
private final long maxWorkerId = 31L;
private final long maxDatacenterId = 31L;
private final long sequenceBits = 12L;
private final long workerIdShift = 12L;
private final long datacenterIdShift = 17L;
private final long timestampLeftShift = 22L;
private final long sequenceMask = 4095L;
private final long workerId;
private final long datacenterId;
private long sequence = 0L;
private long lastTimestamp = -1L;
public Sequence() {
this.datacenterId = getDatacenterId(31L);
this.workerId = getMaxWorkerId(this.datacenterId, 31L);
}
public Sequence(long workerId, long datacenterId) {
Assert.isFalse(workerId > 31L || workerId < 0L, String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", 31L), new Object[0]);
Assert.isFalse(datacenterId > 31L || datacenterId < 0L, String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", 31L), new Object[0]);
this.workerId = workerId;
this.datacenterId = datacenterId;
}
protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) {
StringBuilder mpid = new StringBuilder();
mpid.append(datacenterId);
String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
if (StringUtils.isNotBlank(name)) {
mpid.append(name.split("@")[0]);
}
return (long)(mpid.toString().hashCode() & '\uffff') % (maxWorkerId + 1L);
}
protected static long getDatacenterId(long maxDatacenterId) {
long id = 0L;
try {
InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip);
if (network == null) {
id = 1L;
} else {
byte[] mac = network.getHardwareAddress();
if (null != mac) {
id = (255L & (long)mac[mac.length - 1] | 65280L & (long)mac[mac.length - 2] << 8) >> 6;
id %= maxDatacenterId + 1L;
}
}
} catch (Exception var7) {
logger.warn(" getDatacenterId: " + var7.getMessage());
}
return id;
}
public synchronized long nextId() {
long timestamp = this.timeGen();
if (timestamp < this.lastTimestamp) {
long offset = this.lastTimestamp - timestamp;
if (offset > 5L) {
throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", offset));
}
try {
this.wait(offset << 1);
timestamp = this.timeGen();
if (timestamp < this.lastTimestamp) {
throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", offset));
}
} catch (Exception var6) {
throw new RuntimeException(var6);
}
}
if (this.lastTimestamp == timestamp) {
this.sequence = this.sequence + 1L & 4095L;
if (this.sequence == 0L) {
timestamp = this.tilNextMillis(this.lastTimestamp);
}
} else {
this.sequence = ThreadLocalRandom.current().nextLong(1L, 3L);
}
this.lastTimestamp = timestamp;
return timestamp - 1288834974657L << 22 | this.datacenterId << 17 | this.workerId << 12 | this.sequence;
}
protected long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp;
for(timestamp = this.timeGen(); timestamp <= lastTimestamp; timestamp = this.timeGen()) {
}
return timestamp;
}
protected long timeGen() {
return SystemClock.now();
}
}
