Snowflake ID詳解

一、什麼是Snowflake ID

Snowflake ID是Twitter開源的基於時間戳生成唯一ID的算法，它通過將一個64位的長整型分為四部分，每部分分別表示不同信息組成，從而保證了生成的ID的唯一性。

這四個部分依次是：1位符號位（始終為0），41位時間戳（精確到毫秒），10位工作機器ID和12位序列號。

具體而言，每一個Snowflake ID是由以下四個部分組成的：

• 1位符號位（始終為0）
• 41位時間戳（精確到毫秒）
• 10位工作機器ID（可指定多台機器採用不同ID）
• 12位序列號（防止同一毫秒內生成的ID重複）

在實際應用中，程序員可以根據需要對時間戳、工作機器ID和序列號進行自定義。

二、Snowflake Id Worker

Snowflake Id Worker是一個類，用於生成和解析Snowflake ID。

public class SnowflakeIdWorker {
    
    private final long workerId;
    private final long epoch = 1288834974657L;
    private final long workerIdBits = 5L;
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    private final long sequenceBits = 12L;
    private final long workerIdShift = sequenceBits;
    private final long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits;
    private final long sequenceMask = -1L ^ (-1L < maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
        }
        this.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
        }
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0L;
        }
        lastTimestamp = timestamp;
        return ((timestamp - epoch) << timestampLeftShift) | (workerId << workerIdShift) | sequence;
    }

    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }
}

上述代碼中，workerId代表工作機器ID，只需要設置一次；lastTimestamp和sequence分別記錄上一次生成ID的時間戳和序列號；epoch代表起始時間（默認為Thu, 04 Nov 2010 01:42:54 GMT）。

三、Snowflake Id Factory

Snowflake Id Factory是一個基於Snowflake ID生成器的工廠類，主要用於創建和管理Snowflake ID生成器。

public class SnowflakeIdFactory {

    private final Map workerMap = new ConcurrentHashMap();

    public SnowflakeIdWorker getSnowflakeIdWorker(long workerId) {
        return workerMap.computeIfAbsent(workerId, id -> new SnowflakeIdWorker(id));
    }
}

上面的代碼中，workerMap是一個ConcurrentHashMap，用於存儲WorkerId和SnowflakeIdWorker之間的映射關係；getSnowflakeIdWorker方法則用於創建並返回相應的SnowflakeIdWorker對象。

四、Snowflake Id Generator

Snowflake Id Generator是使用Snowflake ID的工具類，用於生成唯一的ID。

public class SnowflakeIdGenerator {
    
    private static final SnowflakeIdFactory FACTORY = new SnowflakeIdFactory();
    
    public static long nextId(long workerId) {
        SnowflakeIdWorker worker = FACTORY.getSnowflakeIdWorker(workerId);
        return worker.nextId();
    }
}

在上述代碼中，nextId方法接受一個workerId參數，並使用SnowflakeIdWorker生成唯一的ID。

五、Snowflake Id在分布式系統中的應用

在分布式系統中，為了保證在不同的節點上生成唯一的ID，需要對Snowflake ID算法進行調整。通常的做法是，使用ZooKeeper來分配不同的workerId，並使用Redis或其他共享存儲來記錄各個worker的生成序列號。

下面是一個基於Redis的Snowflake生成器示例：

public class RedisSnowflakeIdWorker {

    private final long workerId;
    private final SnowflakeIdFactory idFactory;
    private final JedisPool jedisPool;
    private final String redisKey = "snowflake:id";
    private volatile long sequence = 0L;

    public RedisSnowflakeIdWorker(long workerId, JedisPool jedisPool) {
        this.workerId = workerId;
        this.idFactory = new SnowflakeIdFactory();
        this.jedisPool = jedisPool;
        init();
    }

    private void init() {
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            if (!jedis.exists(redisKey)) {
                jedis.set(redisKey, "1");
            }
            sequence = Long.parseLong(jedis.get(redisKey));
        }
    }

    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        if (sequence >= (1 < sequence) {
                    sequence = current;
                } else {
                    jedis.incr(redisKey);
                    sequence = Long.parseLong(jedis.get(redisKey));
                }
            }
        }
        SnowflakeIdWorker worker = idFactory.getSnowflakeIdWorker(workerId);
        return worker.nextId() + sequence;
    }
}

在上述代碼中，RedisSnowflakeIdWorker繼承了SnowflakeIdWorker類，通過Redis來維護sequence序列號，實現了分布式環境下的唯一ID生成器。