代码实现

使用一个 64 bit 的 long 型的数字作为全局唯一 id。在分布式系统中的应用十分广泛，且ID 引入了时间戳。基本上保持自增的，后面的代码中有详细的注解。

  1. class IdWorker {
  2.     //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。
  4.     //机器ID  2进制5位  32位减掉1位 31个
  5.     private long workerId;
  6.     //机房ID 2进制5位  32位减掉1位 31个
  7.     private long datacenterId;
  8.     //代表一毫秒内生成的多个id的最新序号  12位 4096 -1 = 4095 个
  9.     private long sequence;
  10.     //设置一个时间初始值    2^41 - 1   差不多可以用69年
  11.     private long twepoch            = 1585644268888L;
  12.     //5位的机器id
  13.     private long workerIdBits       = 5L;
  14.     //5位的机房id
  15.     private long datacenterIdBits   = 5L;
  16.     //每毫秒内产生的id数 2 的 12次方
  17.     private long sequenceBits       = 12L;
  18.     // 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
  19.     private long maxWorkerId        = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
  20.     // 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
  21.     private long maxDatacenterId    = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
  23.     private long workerIdShift      = sequenceBits;
  24.     private long datacenterIdShift  = sequenceBits + workerIdBits;
  25.     private long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
  26.     private long sequenceMask       = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
  27.     //记录产生时间毫秒数，判断是否是同1毫秒
  28.     private long lastTimestamp      = -1L;
  30.     public IdWorker(long workerId, long datacenterId, long sequence) {
  32.         // 检查机房id和机器id是否超过31 不能小于0
  33.         if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
  34.             throw new IllegalArgumentException(
  35.                     String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0",maxWorkerId));
  36.         }
  38.         if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
  40.             throw new IllegalArgumentException(
  41.                     String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0",maxDatacenterId));
  42.         }
  43.         this.workerId = workerId;
  44.         this.datacenterId = datacenterId;
  45.         this.sequence = sequence;
  46.     }
  48.     /**
  49.      *  main 测试类
  50.      * @param args
  51.      */
  52.     public static void main(String[] args) {
  53.         System.out.println(1&4596);
  54.         System.out.println(2&4596);
  55.         System.out.println(6&4596);
  56.         System.out.println(6&4596);
  57.         System.out.println(6&4596);
  58.         System.out.println(6&4596);
  59.         IdWorker worker = new IdWorker(1,1,1);
  60.         for (int i = 0; i < 22; i++) {
  61.             System.out.println(worker.nextId());
  62.         }
  64. }
  66.     public long getWorkerId() {
  67.         return workerId;
  68.     }
  70.     public long getDatacenterId() {
  71.         return datacenterId;
  72.     }
  74.     public long getTimestamp() {
  75.         return System.currentTimeMillis();
  76.     }
  78.     // 这个是核心方法，通过调用nextId()方法，让当前这台机器上的snowflake算法程序生成一个全局唯一的id
  79.     public synchronized long nextId() {
  80.         // 这儿就是获取当前时间戳，单位是毫秒
  81.         long timestamp = timeGen();
  82.         if (timestamp < lastTimestamp) {
  84.             System.err.printf("clock is moving backwards. Rejecting requests until %d.", lastTimestamp);
  85.             throw new RuntimeException(String.format(
  86.                 "Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
  87.         }
  89.         // 下面是说假设在同一个毫秒内，又发送了一个请求生成一个id
  90.         // 这个时候就得把seqence序号给递增1，最多就是4096
  91.         if (lastTimestamp == timestamp) {
  93.             // 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，
  94.             //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
  95.             sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
  96.             //当某一毫秒的时间，产生的id数 超过4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生ID
  97.             if (sequence == 0) {
  98.                 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
  99.             }
  101.         } else {
  102.             sequence = 0;
  103.         }
  104.         // 这儿记录一下最近一次生成id的时间戳，单位是毫秒
  105.         lastTimestamp = timestamp;
  106.         // 这儿就是最核心的二进制位运算操作，生成一个64bit的id
  107.         // 先将当前时间戳左移，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12 bit
  108.         // 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
  109.         return ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift) | (datacenterId << datacenterIdShift)
  110.                | (workerId << workerIdShift) | sequence;
  111.     }
  113.     /**
  114.      * 当某一毫秒的时间，产生的id数 超过4095，系统会进入等待，直到下一毫秒，系统继续产生ID
  115.      * @param lastTimestamp
  116.      * @return
  117.      */
  118.     private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
  120.         long timestamp = timeGen();
  122.         while (timestamp <= lastTimestamp) {
  123.             timestamp = timeGen();
  124.         }
  125.         return timestamp;
  126.     }
  128.     //获取当前时间戳
  129.     private long timeGen() {
  130.         return System.currentTimeMillis();
  131.     }
  132. }

缺点是什么？

  1. 时间回拨导致ID重复。
  2. 41位时间戳只能用70年，所以尽量不要用1970年作为时间起始点，而用应用发布时间可以更好扩展阈值。
  3. 周期内消耗完毕需要等下下一周期（最大可达4百万的tps，2^12*1000）。