分库分布的几件小事（四）分库分表的id主键生成

1.问题

其实这是分库分表之后你必然要面对的一个问题，就是id咋生成？因为要是分成多个表之后，每个表都是从1开始累加，那肯定不对啊，需要一个全局唯一的id来支持。所以这都是你实际生产环境中必须考虑的问题。

2.生成方案

(1)数据库自增id方案

原理 ：这个就是说你的系统里每次得到一个id，都是往一个库的一个表里插入一条没什么业务含义的数据，然后获取一个数据库自增的一个id。拿到这个id之后再往对应的分库分表里去写入。
优点 ： 操作简单。
缺点 ：单库生成自增id，如果是高并发，就会有瓶颈。
适合的场景：你分库分表就俩原因，要不就是单库并发太高，要不就是单库数据量太大；除非是你并发不高，但是数据量太大导致的分库分表扩容，你可以用这个方案，因为可能每秒最高并发最多就几百，那么就走单独的一个库和表生成自增主键即可。
改进 ：可以给每个表指定不一样的自增主键起始值，然后按照表的数据去自增，比如有三个表，分别指定自增主键起始值为1、2、3，然后按照一次增加3的方式取增长，这样数据库1的id就是1、4、7、10.....,数据库2的id就是2、5、8、11......,数据库3的id就是3、6、9、12，这样就可以不依赖单点数据库。

(2)UUID方案

原理 ：使用UUID去生成，保证唯一性。
优点 ：本地生成，不基于数据库，速度快不存在并发瓶颈。
缺点 ：UUID太长，作为主键性能太差了。
适用场景 ：如果你是要随机生成个什么文件名了，编号之类的，你可以用uuid，但是作为主键是不能用uuid的。

(3)使用当前时间方案**

原理 ：获取当前时间的时间戳来作为id。
优点 ：简单。
缺点 ：高并发的时候，会存在重复的情况。
适用场景 ：这个级别就不适用，不考虑。
改进 ：一般如果用这个方案，是将当前时间跟很多其他的业务字段拼接起来，作为一个id，如果业务上你觉得可以接受，那么也是可以的。你可以将别的业务字段值跟当前时间拼接起来，组成一个全局唯一的编号，订单编号，时间戳 + 用户id + 业务含义编码。

(4)snowflake算法

Twitter开源的分布式id生成算法，就是把一个64位的long型的id，第一个bit是不使用的，保证获得是一个正数；然后用后面的41个bit作为当前的毫秒数；用其后的10bit作为工作机器的id；最后的12个bit作为序列化。

• 1 bit：不用，为啥呢？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

• 41 bit：表示的是时间戳，单位是毫秒。41 bit可以表示的数字多达2^41 - 1，也就是可以标识2 ^ 41 - 1个毫秒值，换算成年就是表示69年的时间。

• 10 bit：记录工作机器id，代表的是这个服务最多可以部署在2^10台机器上哪，也就是1024台机器。但是10 bit里5个bit代表机房id，5个bit代表机器id。意思就是最多代表2 ^ 5个机房（32个机房），每个机房里可以代表2 ^ 5个机器（32台机器）。

• 12 bit：这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同id，12 bit可以代表的最大正整数是2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是说可以用这个12bit代表的数字来区分同一个毫秒内的4096个不同的id

64位的long型的id，64位的long -> 二进制

0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000000

2018-01-01 10:00:00 -> 做了一些计算，再换算成一个二进制，41bit来放 -> 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00

机房id，17 -> 换算成一个二进制 -> 10001

机器id，25 -> 换算成一个二进制 -> 11001

snowflake算法服务，会判断一下，当前这个请求是否是，机房17的机器25，在2175/11/7 12:12:14时间点发送过来的第一个请求，如果是第一个请求，那么序列号就是000000000000

假设，在2175/11/7 12:12:14时间里，机房17的机器25，发送了第二条消息，snowflake算法服务，会发现说机房17的机器25，在2175/11/7 12:12:14时间里，在这一毫秒，之前已经生成过一个id了，此时如果你同一个机房，同一个机器，在同一个毫秒内，再次要求生成一个id，此时我只能把加1

0 | 0001100 10100010 10111110 10001001 01011100 00 | 10001 | 1 1001 | 0000 00000001

比如我们来观察上面的那个，就是一个典型的二进制的64位的id，换算成10进制就是910499571847892992。

大概这个意思就是说41 bit，就是当前毫秒单位的一个时间戳，就这意思；然后5 bit是你传递进来的一个机房id（但是最大只能是32以内），5 bit是你传递进来的机器id（但是最大只能是32以内），剩下的那个10 bit序列号，就是如果跟你上次生成id的时间还在一个毫秒内，那么会把顺序给你累加，最多在4096个序号以内。

所以你自己利用这个工具类，自己搞一个服务，然后对每个机房的每个机器都初始化这么一个东西，刚开始这个机房的这个机器的序号就是0。然后每次接收到一个请求，说这个机房的这个机器要生成一个id，你就找到对应的Worker，生成。

他这个算法生成的时候，会把当前毫秒放到41 bit中，然后5 bit是机房id，5 bit是机器id，接着就是判断上一次生成id的时间如果跟这次不一样，序号就自动从0开始；要是上次的时间跟现在还是在一个毫秒内，他就把seq累加1，就是自动生成一个毫秒的不同的序号。

这个算法那，可以确保说每个机房每个机器每一毫秒，最多生成4096个不重复的id。

利用这个snowflake算法，你可以开发自己公司的服务，甚至对于机房id和机器id，反正给你预留了5 bit + 5 bit，你换成别的有业务含义的东西也可以的。

这个snowflake算法相对来说还是比较靠谱的，所以你要真是搞分布式id生成，如果是高并发啥的，那么用这个应该性能比较好，一般每秒几万并发的场景，也足够你用了。

public class IdWorker{

    private long workerId;
    private long datacenterId;
    private long sequence;

    public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence){
        // sanity check for workerId
// 这儿不就检查了一下，要求就是你传递进来的机房id和机器id不能超过32，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));
        }
        System.out.printf("worker starting. timestamp left shift %d, datacenter id bits %d, worker id bits %d, sequence bits %d, workerid %d",
                timestampLeftShift, datacenterIdBits, workerIdBits, sequenceBits, workerId);

        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.sequence = sequence;
    }

    private long twepoch = 1288834974657L;

    private long workerIdBits = 5L;
    private long datacenterIdBits = 5L;
    private long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits); // 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 maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits); // 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 sequenceBits = 12L;

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

    private long lastTimestamp = -1L;

    public long getWorkerId(){
        return workerId;
    }

    public long getDatacenterId(){
        return datacenterId;
    }

    public long getTimestamp(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

    public synchronized long nextId() {
// 这儿就是获取当前时间戳，单位是毫秒
        long timestamp = timeGen();

        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));
        }

// 0
// 在同一个毫秒内，又发送了一个请求生成一个id，0 -> 1

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask; // 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
            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;

// 这儿就是将时间戳左移，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10 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;
    }


    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    private long timeGen(){
        return System.currentTimeMillis();
    }

    //---------------测试---------------
    public static void main(String[] args) {
        IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.println(worker.nextId());
        }
    }

}