Java唯一递增编号生成方案

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mob649e8164659f 2024-09-13 06:19:49 ©著作权

文章标签 Java 序列号生成器 文章分类 Java 后端开发

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Java唯一递增编号生成方案

在许多应用场景中，唯一递增编号的生成是一个重要的问题。无论是用户ID、订单号还是其他需要唯一性的标识符，合理的编号生成方案能够帮助我们避免冲突，提高性能，并且支持扩展。本文将介绍一种使用Java实现的唯一递增编号生成方案。

背景

在分布式系统中，生成唯一递增编号尤为重要。传统的数据库自增主键在分布式架构中可能导致性能瓶颈和唯一性问题。因此，我们需要寻找一种有效的方案，以在不同的节点中生成唯一的编号。

方案设计

我们设计的方案基于以下几条原则：

唯一性：编号必须是全局唯一的。
递增性：编号生成时应保持一定的递增趋势。
高效性：生成编号的速度应该足够快，以应对高并发场景。

编号生成算法

我们使用雪花算法（Snowflake Algorithm）来生成唯一递增编号。雪花算法是一种有效的分布式唯一ID生成器，其结构如下：

+----------------+----------------+--------------+-----------------+
| 1 位标志位    | 41 位时间戳   | 10 位机器ID | 12 位序列号    |
+----------------+----------------+--------------+-----------------+

标志位：用于表示编号的来源，通常为0。
时间戳：使用当前时间的毫秒数，自定义起始时间。
机器ID：用于标识不同的节点或服务实例，通常采用左移位的方式存储。
序列号：在同一毫秒内，每个节点生成的序列号，确保同一时间内生成多个不同的ID。

Java实现

接下来，我们将提供Java代码示例，展示如何实现一个基本的雪花算法ID生成器。

public class SnowFlakeIdGenerator {
    private final static long EPOCH = 1609459200000L; // 自定义起始时间 (2021-01-01)
    private final static long WORKER_ID_BITS = 10L; // 机器标识位数
    private final static long SEQUENCE_BITS = 12L; // 序列号位数

    private final static long MAX_WORKER_ID = ~(-1L << WORKER_ID_BITS); // 最大支持机器节点数
    private final static long SEQUENCE_MASK = ~(-1L << SEQUENCE_BITS); // 序列号最大值

    private long workerId; // 机器标识
    private long sequence = 0L; // 序列号
    private long lastTimestamp = -1L; // 上次生成ID的时间戳

    public SnowFlakeIdGenerator(long workerId) {
        if (workerId > MAX_WORKER_ID || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Worker ID can't be greater than " + MAX_WORKER_ID + " or less than 0");
        }
        this.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();

        // 如果当前时间小于上次生成ID的时间戳，说明系统时钟回退，异常处理
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Rejecting requests until " + lastTimestamp);
        }

        // 当前毫秒内生成ID
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & SEQUENCE_MASK; // 序列号自增
        } else {
            sequence = 0L; // 时间戳变更时，序列号重置
        }

        lastTimestamp = timestamp; // 更新最后生成ID的时间戳

        // 组装ID
        return ((timestamp - EPOCH) << (WORKER_ID_BITS + SEQUENCE_BITS)) // 时间戳部分
                | (workerId << SEQUENCE_BITS) // 机器标识部分
                | sequence; // 序列号部分
    }
}

使用示例

下面的代码示例展示如何使用SnowFlakeIdGenerator类生成唯一递增ID。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SnowFlakeIdGenerator generator = new SnowFlakeIdGenerator(1); // 传入机器ID
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(generator.nextId());
        }
    }
}

通过这种方式，我们可以快速生成唯一递增的编号。

性能对比

下面是一张简单的性能对比表，展示了不同编号生成策略的优缺点。

策略	优点	缺点
数据库自增	简单易用	在高并发时性能瓶颈
UUID	全局唯一	较长，且无递增性
雪花算法	高效，支持高并发，唯一递增	实现复杂，需要配置机器ID和时间戳等参数

序列图

以下是雪花算法生成唯一ID的序列图，展示了各个方法之间的调用关系：

sequenceDiagram
    participant Main
    participant SnowFlakeIdGenerator
    Main->>SnowFlakeIdGenerator: nextId()
    SnowFlakeIdGenerator-->>Main: 返回唯一ID