SnowFlake Id雪花ID算法

源代码链接：https://github.com/beyondfengyu/SnowFlake

一、算法原理

总长度64位，从低位到高位依次划分为：

1）0~11位（共12bit）表示序列号，最大值2^12=4096，意味着在一个时间单位（我们用毫秒，当然你也可以用秒）内最多可以生成4096个ID；

2）12~21位（共10bit）表示机器id，最大值2^10=1024，意味着可以在1024台机器上部署我们的算法，当然了，像我所在的团队，一个应用能有4台机器就是“富农”了，6台都能成“地主”了，所以丝毫不用担心。

3）22~62位（共41bit）表示时间戳，最大值2^41=2 199 023 255 552（单位：ms），意味着在这么多时间内我们可以肆意妄为地制造ID。是多久呢？一年按365天算，2^41 / 1000 / 3600 / 24 / 365 ≈ 69.7（年）。系统运行之前我们设置一个起始时间，例如“2019-2-21 00:00:00”，然后从此时开始算，差不多能用到2088年。

4） 63位（共1bit）最高位设置为0，不用，说是二进制里面最高位是1的是负数，我们用0表示正数就好了。

二、算法源代码

SnowFlake算法用来生成64位的ID，刚好可以用long整型存储，能够用于分布式系统中生产唯一的ID，并且生成的ID有大致的顺序。在这次实现中，生成的64位ID可以分成5个部分：

0 - 41位时间戳 - 5位数据中心标识 - 5位机器标识 - 12位序列号

5位数据中心标识跟5位机器标识这样的分配仅仅是当前实现中分配的，如果业务有其实的需要，可以按其它的分配比例分配，如10位机器标识，不需要数据中心标识。


/**
 * twitter的snowflake算法 -- java实现
 * 
 * @author beyond
 * @date 2016/11/26
 */
public class SnowFlake {

    /**
     * 起始的时间戳
     */
    private final static long START_STMP = 1480166465631L;

    /**
     * 每一部分占用的位数
     */
    private final static long SEQUENCE_BIT = 12; //序列号占用的位数
    private final static long MACHINE_BIT = 5;   //机器标识占用的位数
    private final static long DATACENTER_BIT = 5;//数据中心占用的位数

    /**
     * 每一部分的最大值
     */
    private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
    private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
    private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);

    /**
     * 每一部分向左的位移
     */
    private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
    private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;

    private long datacenterId;  //数据中心
    private long machineId;     //机器标识
    private long sequence = 0L; //序列号
    private long lastStmp = -1L;//上一次时间戳

    public SnowFlake(long datacenterId, long machineId) {
        if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
        }
        if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
        }
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.machineId = machineId;
    }

    /**
     * 产生下一个ID
     *
     * @return
     */
    public synchronized long nextId() {
        long currStmp = getNewstmp();
        if (currStmp < lastStmp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards.  Refusing to generate id");
        }

        if (currStmp == lastStmp) {
            //相同毫秒内，序列号自增
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            //同一毫秒的序列数已经达到最大
            if (sequence == 0L) {
                currStmp = getNextMill();
            }
        } else {
            //不同毫秒内，序列号置为0
            sequence = 0L;
        }

        lastStmp = currStmp;

        return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //时间戳部分
                | datacenterId << DATACENTER_LEFT       //数据中心部分
                | machineId << MACHINE_LEFT             //机器标识部分
                | sequence;                             //序列号部分
    }

    private long getNextMill() {
        long mill = getNewstmp();
        while (mill <= lastStmp) {
            mill = getNewstmp();
        }
        return mill;
    }

    private long getNewstmp() {
        return System.currentTimeMillis();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SnowFlake snowFlake = new SnowFlake(2, 3);

        for (int i = 0; i < (1 << 12); i++) {
            System.out.println(snowFlake.nextId());
        }

    }
}