原理
SnowFlake 算法，是 Twitter 开源的分布式 id 生成算法。其核心思想就是：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。
这 64 个 bit 中，其中 1 个 bit 是不用的，然后用其中的 41 bit 作为毫秒数，用 10 bit 作为工作机器 id，12 bit 作为序列号。
给大家举个例子吧，比如下面那个 64 bit 的 long 型数字：
第一个部分，是 1 个 bit：0，这个是无意义的。
第二个部分是 41 个 bit：表示的是时间戳。
第三个部分是 5 个 bit：表示的是机房 id，10001。
第四个部分是 5 个 bit：表示的是机器 id，1 1001。
第五个部分是 12 个 bit：表示的序号，就是某个机房某台机器上这一毫秒内同时生成的 id 的序号，0000 00000000。
①1 bit：是不用的，为啥呢？
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。
②41 bit：表示的是时间戳，单位是毫秒。
41 bit 可以表示的数字多达 2^41 - 1，也就是可以标识 2 ^ 41 - 1 个毫秒值，换算成年就是表示 69 年的时间。
③10 bit：记录工作机器 id，代表的是这个服务最多可以部署在 2^10 台机器上，也就是 1024 台机器。
但是 10 bit 里 5 个 bit 代表机房 id，5 个 bit 代表机器 id。意思就是最多代表 2 ^ 5 个机房（32 个机房），每个机房里可以代表 2 ^ 5 个机器（32 台机器），也可以根据自己公司的实际情况确定。
④12 bit：这个是用来记录同一个毫秒内产生的不同 id。
12 bit 可以代表的最大正整数是 2 ^ 12 - 1 = 4096，也就是说可以用这个 12 bit 代表的数字来区分同一个毫秒内的 4096 个不同的 id。
简单来说，你的某个服务假设要生成一个全局唯一 id，那么就可以发送一个请求给部署了 SnowFlake 算法的系统，由这个 SnowFlake 算法系统来生成唯一 id。
这个 SnowFlake 算法系统首先肯定是知道自己所在的机房和机器的，比如机房 id = 17，机器 id = 12。
接着 SnowFlake 算法系统接收到这个请求之后，首先就会用二进制位运算的方式生成一个 64 bit 的 long 型 id，64 个 bit 中的第一个 bit 是无意义的。
接着 41 个 bit，就可以用当前时间戳（单位到毫秒），然后接着 5 个 bit 设置上这个机房 id，还有 5 个 bit 设置上机器 id。
最后再判断一下，当前这台机房的这台机器上这一毫秒内，这是第几个请求，给这次生成 id 的请求累加一个序号，作为最后的 12 个 bit。
最终一个 64 个 bit 的 id 就出来了，类似于：
这个算法可以保证说，一个机房的一台机器上，在同一毫秒内，生成了一个唯一的 id。可能一个毫秒内会生成多个 id，但是有最后 12 个 bit 的序号来区分开来。
下面我们简单看看这个 SnowFlake 算法的一个代码实现，这就是个示例，大家如果理解了这个意思之后，以后可以自己尝试改造这个算法。
总之就是用一个 64 bit 的数字中各个 bit 位来设置不同的标志位，区分每一个 id。
Java实现的代码见底部参考
go实现雪花算法
自行实现的源码。
package snowflake
import (
"errors"
"fmt"
"sync"
"time"
)
type SnowFlake struct {
startTime int64//开始时间的偏移量。
workerIdBits uint//worker_id的长度
dataCenterIdBits uint
sequenceBits uint
workerIdLeftShift uint
dataCenterIdLeftShift uint
timestampLeftShift uint
sequenceMask int64
workerId int64
dataCenterId int64
sequence int64
lastTimestamp int64//这里存的是毫秒
idLock *sync.Mutex
}
func (sf *SnowFlake) InitSnowFlake(workerId, dataCenterId int64) error {
//机房ID 2进制5位 32位减掉1位 31个
//机器ID 2进制5位 32位减掉1位 31个
if workerId >=32||dataCenterId>=32||workerId<0||dataCenterId<0 {
return errors.New("workerId or dataCenterId over max")
}
var baseValue int64 = -1
//sf.startTime = 1587994800000
sf.startTime = 0
if sf.startTime > time.Now().UnixNano()/1000/1000{
return errors.New("startTime is over now")
}
//因为时间占的长度必须达到41位。所以最小值是10000...00(1后面跟40个0)的一个值=1099511627776，
// 最大就是2^41-1=2199023255551
if time.Now().UnixNano()/1000/1000-sf.startTime < 1099511627776 {
return errors.New("startTime distance is too small")
}
if time.Now().UnixNano()/1000/1000-sf.startTime > 2199023255551 {
return errors.New("startTime distance is too big")
}
sf.workerIdBits = 5
sf.dataCenterIdBits = 5
sf.sequenceBits = 12
sf.workerIdLeftShift = sf.sequenceBits //12
sf.dataCenterIdLeftShift = sf.workerIdBits + sf.workerIdLeftShift//17
sf.timestampLeftShift = sf.dataCenterIdBits + sf.dataCenterIdLeftShift//22
sf.sequenceMask = baseValue ^ (baseValue << sf.sequenceBits)
sf.sequence = 0
sf.lastTimestamp = -1
sf.idLock = &sync.Mutex{}
sf.workerId = workerId
sf.dataCenterId = dataCenterId
return nil
}
func (sf *SnowFlake) NextId() (int64, error) {
sf.idLock.Lock()
defer sf.idLock.Unlock()
timestamp := time.Now().UnixNano()/1000/1000
//时间出现了回拨直接return
if timestamp < sf.lastTimestamp {
return -1, errors.New(fmt.Sprintf("Clock moved backwards. Refusing to generate id for %d milliseconds", sf.lastTimestamp-timestamp))
}
//同一毫秒，生成对应的sn
if timestamp == sf.lastTimestamp {
sf.sequence +=1// sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
//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
if sf.sequence > 4095 {
//超出单毫秒限制数量，等待下一毫秒
timestamp = sf.waitNextMillis()
sf.sequence = 0
}
} else {
sf.sequence = 0
}
//fmt.Println(sf.lastTimestamp,timestamp,sf.sequence)
//更新最后时间
sf.lastTimestamp = timestamp
// 这儿就是最核心的二进制位运算操作，生成一个64bit的id
// 先将当前时间戳左移，放到41 bit那儿。因为时间戳是41位。总长是64位，所以左移22位。高位是0代表正数，所以不是23位。
//特别注意下：sf.lastTimestamp - sf.startTime 这个的差值必须大于1099511627776（2004/11/4 3:53:47）且小于2199023255551（2039/9/7 23:47:35）。不然可能会出现位数有问题。
// ；将机房id左移放到5 bit那儿；左移5+12
// 将机器id左移放到5 bit那儿；左移12
// 将序号放最后12 bit
// 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
id := ((timestamp - sf.startTime) << sf.timestampLeftShift) |
(sf.dataCenterId << sf.dataCenterIdLeftShift) |
(sf.workerId << sf.workerIdLeftShift) |
sf.sequence
if id < 0 {
id = -id
}
return id, nil
}
func (sf *SnowFlake) waitNextMillis() int64 {
timestamp := time.Now().UnixNano()/1000/1000//当前时间
fmt.Println("进入了等待",timestamp,sf.lastTimestamp)
for;timestamp <= sf.lastTimestamp;{
fmt.Println("刷新了等等时间",timestamp,sf.lastTimestamp)
timestamp = time.Now().UnixNano()/1000/1000//一直刷新到当前时间
}
return timestamp
}
并发资源竞争(互斥锁)测试
go build -race
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参考