生成雪花id的java脚本

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mob64ca12e63b18 2024-09-18 07:02:29 ©著作权

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使用Java生成Snowflake ID的实现

在现代分布式系统中，唯一标识符（ID）在数据存储、消息队列和服务之间的通信中扮演着重要角色。Snowflake ID是Twitter发明的一种高效生成唯一ID的算法。这篇文章将介绍Snowflake ID的工作原理，并以Java代码为例实现这一算法。

Snowflake ID的组成

Snowflake ID由64位二进制数构成，具体结构如下：

1位：符号位（不使用）
41位：时间戳（毫秒级）
10位：机器ID（可以支持1024个节点）
12位：序列号（在同一毫秒内生成的ID数量）

这样，Snowflake ID能够确保在集群环境下生成全局唯一且具有时序性的ID。

类图设计

在Java中实现Snowflake ID生成器，我们可以设计一个类图，如下所示：

classDiagram
    class SnowflakeIDGenerator {
        +long workerId
        +long datacenterId
        +long sequence
        +long timestamp
        +long lastTimestamp
        +long generateId()
    }

上述类图展示了SnowflakeIDGenerator类的基本结构，包括工作节点ID、数据中心ID，序列号以及生成ID的方法。

Java实现代码示例

下面是一个简单的Snowflake ID生成器的实现代码：

public class SnowflakeIDGenerator {
    private final long workerId;        // 工作节点ID
    private final long datacenterId;    // 数据中心ID
    private long sequence = 0L;         // 序列号
    private long lastTimestamp = -1L;   // 上次生成ID的时间戳

    // 时间戳的起始时间
    private final static long START_EPOCH = 1622505600000L; // 2021-05-31 00:00:00

    // 移位长度
    private final static long WORKER_ID_BITS = 5L;   // 节点ID占用位数
    private final static long DATACENTER_ID_BITS = 5L; // 数据中心ID占用位数
    private final static long SEQUENCE_BITS = 12L;     // 序列号占用位数

    // 位移
    private final static long WORKER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS;
    private final static long DATACENTER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS;
    private final static long TIMESTAMP_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS + DATACENTER_ID_BITS;

    // 生成ID的掩码
    private final static long SEQUENCE_MASK = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BITS); // 4095

    // 构造函数
    public SnowflakeIDGenerator(long workerId, long datacenterId) {
        if (workerId < 0 || workerId > (1L << WORKER_ID_BITS) - 1)
            throw new IllegalArgumentException("Worker ID out of range");
        if (datacenterId < 0 || datacenterId > (1L << DATACENTER_ID_BITS) - 1)
            throw new IllegalArgumentException("Datacenter ID out of range");

        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }

    // 生成唯一ID的方法
    public synchronized long generateId() {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();

        // 检查时间戳是否小于上一次时间戳
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate id for " + (lastTimestamp - timestamp) + " milliseconds");
        }

        // 如果在同一毫秒内，序列++，到达最大值则等待下一毫秒
        if (lastTimestamp == timestamp) {
            sequence = (sequence + 1) & SEQUENCE_MASK;
            if (sequence == 0) { // 如果序列号已达最大值，等待下次生成
                timestamp = waitNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }

        lastTimestamp = timestamp;

        // 生成ID
        return ((timestamp - START_EPOCH) << TIMESTAMP_SHIFT) |
                (datacenterId << DATACENTER_ID_SHIFT) |
                (workerId << WORKER_ID_SHIFT) |
                sequence;
    }

    // 等待下一毫秒
    private long waitNextMillis(long lastTimestamp) {
        long timestamp = System.currentTimeMillis();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = System.currentTimeMillis();
        }
        return timestamp;
    }
}

代码详解

构造函数：初始化工作节点ID和数据中心ID，并检查有效性。
generateId()方法：生成唯一ID的核心逻辑。处理时间戳、序列号以及ID的拼装。
waitNextMillis()方法：在同一毫秒内，若序列已达到最大值，等待下一毫秒。

使用示例

以下是如何使用SnowflakeIDGenerator类生成唯一ID的示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIDGenerator generator = new SnowflakeIDGenerator(1, 1);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            long id = generator.generateId();
            System.out.println("Generated ID: " + id);
        }
    }
}