Java实现高效雪花算法生成唯一ID

一、雪花算法介绍

雪花算法是Twitter公司开源的一种用于生成全局唯一ID的算法，它可以保证在分布式的情况下生成唯一ID，解决了传统的递增ID在分布式场景下可能重复的问题。

雪花算法生成的ID是一个64位的长整型，由以下几部分构成：

时间戳
机器ID
序列号

其中，时间戳占用41位，可以表示的时间范围为2^41/(1000*60*60*24*365)，大约为69年。机器ID占用10位，可以表示的最大机器数为2^10-1，即1023个。序列号占用12位，可以表示的最大序号数为2^12-1，即4095个。

二、Java实现雪花算法

1、时间戳

首先，我们需要获取当前时间的时间戳。Java中可以使用System.currentTimeMillis()方法获取当前时间戳，不过它只能精确到毫秒级别，为了让我们的ID更加唯一，我们可以使用System.nanoTime()方法获取更加精确的时间戳，精确到纳秒级别。


/**
 * 获取当前时间戳，精确到纳秒级别
 * @return 当前时间戳（毫秒+纳秒）
 */
private static long getCurrentTimestamp() {
    long timestamp = System.nanoTime();
    return (timestamp - START_TIMESTAMP) / 1000000;
}

其中，START_TIMESTAMP是一个固定时间戳，用于计算时间戳的相对值。由于时间戳只占用了41位，所以时间戳的范围是有限的，为了避免时间戳满足之后，冲突概率变高的问题，我们可以将START_TIMESTAMP设置为一个固定的值，比如2018年1月1日。

2、机器ID

雪花算法中，机器ID是用于指示不同机器的一个标识符。在分布式系统中，不同的机器需要有不同的机器ID。可以通过配置文件等方式来获取机器ID，也可以使用网卡MAC地址等实际唯一的标识符来获取。


/**
 * 获取机器ID，可以根据实际情况进行获取
 * @return 机器ID
 */
private static long getMachineId() {
    // TODO 根据实际情况获取机器ID
    return 1;
}

3、序列号

序列号用于保证同一时间内，同一台机器生成不同的ID。为了避免序列号重复，我们需要在同一毫秒内，使用不同的序列号。另外，由于序列号只占用了12位，所以最多可以有4095个序列号，为了避免序列号使用完之后，需要等待到下一毫秒，我们可以将序列号的初始值设置为一个随机数。


/**
 * 获取序列号，同一毫秒内生成不同的序列号
 * @return 序列号
 */
private static long getSequence() {
    long sequence = sequenceGenerator.getAndIncrement();
    return sequence % SEQUENCE_LIMIT;
}

其中，sequenceGenerator是一个AtomicLong类型的变量，用于产生序列号，这个变量在程序启动时，会被初始化为一个随机数，用于保证每次重启程序时，序列号不会从0开始计数。

三、Java实现雪花算法示例代码

下面是一个完整的Java实现雪花算法的示例代码：


/**
 * 雪花算法生成全局唯一ID
 */
public class SnowflakeIdGenerator {
    // 起始的时间戳：2018-01-01
    private static final long START_TIMESTAMP = 1514736000000L;
    // 机器ID所占的位数
    private static final long MACHINE_ID_BITS = 10L;
    // 序列号所占的位数
    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L;
    // 支持的最大机器ID，结果是1023
    private static final long MAX_MACHINE_ID = ~(-1L << MACHINE_ID_BITS);
    // 支持的最大序列号，结果是4095
    private static final long SEQUENCE_LIMIT = ~(-1L < MAX_MACHINE_ID || machineId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("MachineId can't be greater than " + MAX_MACHINE_ID + " or less than 0.");
        }
    }
    
    /**
     * 生成唯一ID
     * @return 返回64位的唯一ID
     */
    public static synchronized long generateId() {
        long timestamp = getCurrentTimestamp();
        if(timestamp < 0) {
            throw new IllegalStateException("Clock moved backwards, refuse to generate id.");
        }
        
        long sequence = getSequence();
        long id = ((timestamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_SHIFT) |
                (machineId << MACHINE_ID_SHIFT) |
                sequence;
        return id;
    }
    
    /**
     * 获取当前时间戳，精确到纳秒级别
     * @return 当前时间戳（毫秒+纳秒）
     */
    private static long getCurrentTimestamp() {
        long timestamp = System.nanoTime();
        return (timestamp - START_TIMESTAMP) / 1000000;
    }
    
    /**
     * 获取机器ID，可以根据实际情况进行获取
     * @return 机器ID
     */
    private static long getMachineId() {
        // TODO 根据实际情况获取机器ID
        return 1;
    }
    
    /**
     * 获取序列号，同一毫秒内生成不同的序列号
     * @return 序列号
     */
    private static long getSequence() {
        long sequence = sequenceGenerator.getAndIncrement();
        return sequence % SEQUENCE_LIMIT;
    }
}

原创文章，作者：小蓝，如若转载，请注明出处：https://www.506064.com/n/242418.html