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使用Golang实现SnowFlake雪花分布式ID生成器

KunkkaWu
2022-07-20 / 0 评论 / 6 点赞 / 7,605 阅读 / 1,091 字 / 正在检测是否收录...

简介

snowflake(雪花算法)是一个开源的分布式ID生成算法,结果是一个long型的ID。snowflake算法将64bit划分为多段,分开来标识机器、时间等信息,具体组成结构如下图所示:

1654399216-0321-629c20f007d88-766440

位置(从右到左) 大小 作用
0~11bit 12bits 序列号,用来对同一个毫秒之内产生不同的ID,可记录4095个
12~21bit 10bits 10bit用来记录机器ID,总共可以记录1024台机器
22~62bit 41bits 用来记录时间戳,这里可以记录69年
63bit 1bit 符号位,不做处理

特点

它有以下几个特点:

  • 能满足高并发分布式系统环境下ID不重复;
  • 基于时间戳,可以保证基本有序递增;
  • 不依赖于第三方的库或者中间件;
  • 不支持时间回拨;

代码实现

  1. 定义SnowFlake结构体
// SnowFlake 雪花分布式ID结构体
type SnowFlake struct {
	epoch     int64 // 起始时间戳
	timestamp int64 // 当前时间戳,毫秒
	centerId  int64 // 数据中心机房ID
	workerId  int64 // 机器ID
	sequence  int64 // 毫秒内序列号

	timestampBits  int64 // 时间戳占用位数
	centerIdBits   int64 // 数据中心id所占位数
	workerIdBits   int64 // 机器id所占位数
	sequenceBits   int64 // 序列所占的位数
	lastTimestamp  int64 // 上一次生成ID的时间戳
	sequenceMask   int64 // 生成序列的掩码最大值
	workerIdShift  int64 // 机器id左移偏移量
	centerIdShift  int64 // 数据中心机房id左移偏移量
	timestampShift int64 // 时间戳左移偏移量
	maxTimeStamp   int64 // 最大支持的时间

	lock sync.Mutex // 锁
}
  1. 初始化Snowflake

由于 -1 在二进制上表示是:

11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111

所以想要求得 41bits 的 timestamp 最大值可以将 -1 向左位移 41 位,得到:

11111111 11111111 11111110 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

那么再和 -1 进行 ^异或运算:

00000000 00000000 00000001 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111

这就可以表示 41bits 的 timestamp 最大值,maxWorkerId和maxCenterId同理。

// Init 初始化
func (s *SnowFlake) Init(centerId, workerId int64) error {
	s.epoch = int64(1622476800000) //设置起始时间戳:2022-01-01 00:00:00
	s.centerId = centerId
	s.workerId = workerId
	s.centerIdBits = 4   // 支持的最大机房ID占位数,最大是15
	s.workerIdBits = 6   // 支持的最大机器ID占位数,最大是63
	s.timestampBits = 41 // 时间戳占用位数
	s.maxTimeStamp = -1 ^ (-1 << s.timestampBits)

	maxWorkerId := -1 ^ (-1 << s.workerIdBits)
	maxCenterId := -1 ^ (-1 << s.centerIdBits)

	// 参数校验
	if int(centerId) > maxCenterId || centerId < 0 {
		return errors.New(fmt.Sprintf("Center ID can't be greater than %d or less than 0", maxCenterId))
	}
	if int(workerId) > maxWorkerId || workerId < 0 {
		return errors.New(fmt.Sprintf("Worker ID can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId))
	}

	s.sequenceBits = 12 // 序列在ID中占的位数,最大为4095
	s.sequence = -1

	s.lastTimestamp = -1                                                // 上次生成 ID 的时间戳
	s.sequenceMask = -1 ^ (-1 << s.sequenceBits)                        // 计算毫秒内,最大的序列号
	s.workerIdShift = s.sequenceBits                                    // 机器ID向左移12位
	s.centerIdShift = s.sequenceBits + s.workerIdBits                   // 机房ID向左移18位
	s.timestampShift = s.sequenceBits + s.workerIdBits + s.centerIdBits // 时间截向左移22位

	return nil
}
  1. 生成下一个ID
// NextId 生成下一个ID
func (s *SnowFlake) NextId() (int64, error) {
	s.lock.Lock() //设置锁,保证线程安全
	defer s.lock.Unlock()

	now := time.Now().UnixNano() / 1000000 // 获取当前时间戳,转毫秒
	if now < s.lastTimestamp {             // 如果当前时间小于上一次 ID 生成的时间戳,说明发生时钟回拨
		return 0, errors.New(fmt.Sprintf("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", s.lastTimestamp-now))
	}

	t := now - s.epoch
	if t > s.maxTimeStamp {
		return 0, errors.New(fmt.Sprintf("epoch must be between 0 and %d", s.maxTimeStamp-1))
	}

	// 同一时间生成的,则序号+1
	if s.lastTimestamp == now {
		s.sequence = (s.sequence + 1) & s.sequenceMask
		// 毫秒内序列溢出:超过最大值; 阻塞到下一个毫秒,获得新的时间戳
		if s.sequence == 0 {
			for now <= s.lastTimestamp {
				now = time.Now().UnixNano() / 1000000
			}
		}
	} else {
		s.sequence = 0 // 时间戳改变,序列重置
	}
	// 保存本次的时间戳
	s.lastTimestamp = now

	// 根据偏移量,向左位移达到
	return (t << s.timestampShift) | (s.centerId << s.centerIdShift) | (s.workerId << s.workerIdShift) | s.sequence, nil
}
  1. 调用示例
func main() {
	snowFlake := &SnowFlake{}
	_ = snowFlake.Init(1, 5)
	for i := 0; i < 10; i++ {
		fmt.Println(snowFlake.NextId())
	}
}

结果输出:

72644832480481280 <nil>
72644832480481281 <nil>
72644832480481282 <nil>
72644832480481283 <nil>
72644832480481284 <nil>
72644832480481285 <nil>
72644832480481286 <nil>
72644832480481287 <nil>
72644832480481288 <nil>
72644832480481289 <nil>
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