Android 雪花ID生成算法及实现

引言

在开发 Android 应用程序时，我们经常需要生成唯一的标识符来标记不同的实体或对象。雪花ID算法是一种生成全局唯一标识符的算法，它在分布式系统中被广泛使用。本文将介绍雪花ID算法的原理，并使用Java代码实现一个简单的雪花ID生成器。

雪花ID算法原理

雪花ID算法由Twitter公司开发，它的基本原理是利用一个64位的整数来表示一个唯一的ID。这64位整数由以下几部分组成：

  1. 时间戳（41位）：记录当前时间的毫秒数，可以表示的时间范围为约69年。
  2. 工作机器ID（10位）：用于区分不同的机器，可以支持最多1024台机器。
  3. 序列号（12位）：在同一毫秒内生成的多个ID，用于保证ID的唯一性。

序列图

sequenceDiagram
    participant A as Android App
    participant B as Snowflake ID Generator

    A->>B: Generate unique ID
    B->>A: Unique ID

代码实现

下面是一个简单的雪花ID生成器的实现示例：

public class SnowflakeIdGenerator {
    // 开始时间戳（2020-01-01）
    private static final long START_TIMESTAMP = 1577808000000L;

    // 各部分占用位数
    private static final long WORKER_ID_BITS = 10L;
    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L;

    // 最大取值限制
    private static final long MAX_WORKER_ID = ~(-1L << WORKER_ID_BITS);
    private static final long MAX_SEQUENCE = ~(-1L << SEQUENCE_BITS);

    // 各部分偏移量
    private static final long WORKER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS;
    private static final long TIMESTAMP_SHIFT = WORKER_ID_BITS + SEQUENCE_BITS;

    // 工作机器ID(0~1023)
    private final long workerId;
    // 序列号
    private long sequence = 0L;
    // 上次生成ID的时间戳
    private long lastTimestamp = -1L;

    public SnowflakeIdGenerator(long workerId) {
        if (workerId > MAX_WORKER_ID || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("Worker ID can't be greater than %d or less than 0", MAX_WORKER_ID));
        }
        this.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long generateId() {
        long currentTimestamp = System.currentTimeMillis();

        if (currentTimestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate ID.");
        }

        if (currentTimestamp == lastTimestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            if (sequence == 0) {
                // 当前毫秒内的序列号已经用完，等待下一毫秒
                currentTimestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            // 不同毫秒内，序列号重置为0
            sequence = 0L;
        }

        lastTimestamp = currentTimestamp;

        return ((currentTimestamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_SHIFT) |
                (workerId << WORKER_ID_SHIFT) |
                sequence;
    }

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

使用示例

下面是一个使用雪花ID生成器的示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIdGenerator idGenerator = new SnowflakeIdGenerator(1);

        long uniqueId = idGenerator.generateId();
        System.out.println("Generated unique ID: " + uniqueId);
    }
}

结论

通过使用雪花ID算法，我们可以生成全局唯一的标识符，用于标记不同的实体或对象。本文介绍了雪花ID算法的原理，并使用Java代码实现了一个简单的雪花ID生成器。希望本文能够帮助您理解雪花ID算法，并在Android应用程序开发中应用它。