分布式ID生成方案：雪花算法(源自Twitter)

Posted 2023-04-03

参考技术A

雪花(snowflake)在自然界中，是极具独特美丽，又变幻莫测的东西：

雪花算法的原始版本是scala版，用于生成分布式ID（纯数字，时间顺序）,订单编号等。

算法描述：

snowflake.go

main.go

测试结果：

结论：

snowflake 雪花算法 分布式实现全局id生成

snowflake是Twitter开源的分布式ID生成算法，结果是一个long型的ID。

这种方案大致来说是一种以划分命名空间（UUID也算，由于比较常见，所以单独分析）来生成ID的一种算法，这种方案把64-bit分别划分成多段，分开来标示机器、时间等。

其核心思想是：使用41bit作为毫秒数，10bit作为机器的ID（5个bit是数据中心，5个bit的机器ID），12bit作为毫秒内的流水号，最后还有一个符号位，永远是0。

比如在snowflake中的64-bit分别表示如下图（图片来自网络）所示：

整个结构是64位，所以我们在Java中可以使用long来进行存储。 该算法实现基本就是二进制操作,单机每秒内理论上最多可以生成1024*(2^12)，也就是409.6万个ID(1024 X 4096 = 4194304)

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

  　　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
  　　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
  　　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。10-bit机器可以分别表示1024台机器。如果我们对IDC划分有需求，还可以将10-bit分5-bit给IDC，分5-bit给工作机器。这样就可以表示32个IDC，每个IDC下可以有32台机器，可以根据自身需求定义。
　　 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。12个自增序列号可以表示2^12个ID，理论上snowflake方案的QPS约为409.6w/s，这种分配方式可以保证在任何一个IDC的任何一台机器在任意毫秒内生成的ID都是不同的。
 　　加起来刚好64位，为一个Long型。

 

优点：

　　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。

• 毫秒数在高位，自增序列在低位，整个ID都是趋势递增的。
• 不依赖数据库等第三方系统，以服务的方式部署，稳定性更高，生成ID的性能也是非常高的。
• 可以根据自身业务特性分配bit位，非常灵活

缺点：

• 强依赖机器时钟，如果机器上时钟回拨，会导致发号重复或者服务会处于不可用状态。

 

Go实现

　　sonyflake

　

下载　

go get github.com/sony/sonyflake

 

Demo

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/sony/sonyflake"
)

var (
	LSonyFlake *sonyflake.Sonyflake
	machineId  uint16 // 真正的分布式环境下必须zookeeper或etcd中获取
)

func getMachineID() (uint16, error) {
	return machineId, nil
}
func Init(mid uint16) (err error) {
	machineId = mid
	st := sonyflake.Settings{}
	st.MachineID = getMachineID
	LSonyFlake = sonyflake.NewSonyflake(st)
	return
}
func GetID()(id uint64,err error)  {
	if LSonyFlake == nil{
		err = fmt.Errorf("No Init
")
		return
	}
	return LSonyFlake.NextID()
}

func main()  {
	Init(0)
	id,err:=GetID()
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
	fmt.Println(id)
}