一、SnowFlake雪花算法简介

1.1 什么是SnowFlake雪花算法

SnowFlake算法是Twitter设计的一个可以在分布式系统中生成唯一的ID的算法，它可以满足Twitter每秒上万条消息ID分配的请求，这些消息ID是唯一的且有大致的递增顺序。

1.2 SnowFlake雪花算法的原理

SnowFlake算法生成id的结果是一个64bit大小的整数，它的结构如下图：

• 1位标识部分，在java中由于long的最高位是符号位，正数是0，负数是1，一般生成的ID为正数，所以为0；
• 41位时间戳部分，这个是毫秒级的时间，一般实现上不会存储当前的时间戳，而是时间戳的差值（当前时间-固定的开始时间），这样可以使产生的ID从更小值开始；41位的时间戳可以使用69年，(1L<< 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69年；
• 10位节点部分，Twitter实现中使用前5位作为数据中心标识，后5位作为机器标识，可以部署1024个节点；
• 12位序列号部分，支持同一毫秒内同一个节点可以生成4096个ID。

这里推荐大佬一篇讲SnonFlake雪花算法比较有意思的 博客.

二、使用SnowFlake雪花算法生成ID

2.1 为什么要用SnowFlake雪花算法

• 数据库自增ID的缺点：

  • 会依赖于数据库的具体实现，比如，mysql有自增，oracle没有，得用序列，mongo似乎也没有。
  • 自增ID是连续的，它就依赖于数据库自身的锁，所以数据库就有瓶颈。

• UUID生成ID的缺点

  • 生成的ID排列后无序，查找效率低。

而SnowFlake雪花算法：

• 不依赖于数据库本身，是分布式id生成算法中比较经典的一种。
• 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

2.2 SpringBoot使用SnowFlake雪花算法生成ID

• SnowflakeIdWorker.java

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

• SnowBeanConfig.java

@Configuration
public class SnowBeanConfig {
    
 
    /**
     *  demo1 : @Bean(name = "testDemo")
     *  demo2 : @Bean
     * @return
     */
    @Bean
    public SnowflakeIdWorker getIdWorker() {
    
        return new SnowflakeIdWorker(0, 0);
    }
}

SpringUtils.java

@Slf4j
@Component
public class SpringUtils implements ApplicationContextAware {
    
    private static ApplicationContext applicationContext;
 
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
    
        if (SpringUtils.applicationContext == null) {
    
            SpringUtils.applicationContext = applicationContext;
        }
        log.info("----------ApplicationContext配置成功----------");
        log.info("在普通类可以通过调用SpringUtils.getAppContext()获取applicationContext对象");
        log.info("applicationContext=" + SpringUtils.applicationContext);
        log.info("----------------------------------------------");
    }
 
    /**
     * 获取applicationContext
     *
     * @return
     */
    public static ApplicationContext getApplicationContext() {
    
        return applicationContext;
    }
 
    /**
     * 通过name获取 Bean.
     *
     * @param name
     * @return
     */
    public static Object getBean(String name) {
    
        return getApplicationContext().getBean(name);
    }
 
    /**
     * 通过class获取Bean.
     *
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
    
        return getApplicationContext().getBean(clazz);
    }
 
    /**
     * 通过name,以及Clazz返回指定的Bean
     *
     * @param name
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> T getBean(String name, Class<T> clazz) {
    
        return getApplicationContext().getBean(name, clazz);
    }
}

• 测试类

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class GenerateIdTest {
    
    @Test
    public void generateId() {
    
        SnowBeanConfig bean = SpringUtils.getBean(SnowBeanConfig.class);
        System.out.println(bean.getIdWorker().nextId());
        System.out.println(bean.getIdWorker().nextId());
    }
}