snowflake ID生成器

背景

Snowflake 是 Twitter 内部的一个 ID 生算法，

可以通过一些简单的规则保证在大规模分布式情况下生成唯一的 ID 号码。

其组成为：

第一个 bit 为未使用的符号位。

第二部分由 41 位的时间戳（毫秒）构成，他的取值是当前时间相对于某一时间的偏移量。

第三部分和第四部分的 5 个 bit 位表示数据中心和机器 ID，其能表示的最大值为 2^5 -1 = 31；

最后部分由 12 个 bit 组成，其表示每个工作节点每毫秒生成的序列号 ID，同一毫秒内最多可生成 2^12 -1 即 4095 个 ID。

需要注意的是：

• 在分布式环境中，5 个 bit 位的 datacenter 和 worker 表示最多能部署 31 个数据中心，每个数据中心最多可部署 31 台节点。
  
  41 位的二进制长度最多能表示 2^41 -1 毫秒即 69 年，所以雪花算法最多能正常使用 69 年，为了能最大限度的使用该算法，你应该为其指定一个开始时间。
• 由上可知，雪花算法生成的 ID 并不能保证唯一，如当两个不同请求同一时刻进入相同的数据中心的相同节点时，而此时该节点生成的 sequence 又是相同时，就会导致生成的 ID 重复。
• 所以要想使用雪花算法生成唯一的 ID，就需要保证同一节点同一毫秒内生成的序列号是唯一的。基于此，可以有多种方式参考链接2：
  
  RandomSequenceResolver（随机生成）
  
  RedisSequenceResolver （基于 redis psetex 和 incrby 生成）
  
  LaravelSequenceResolver（基于 laravel 生成）
  
  SwooleSequenceResolver（基于 swoole_lock 锁）
  
  不同的提供者只需要保证同一毫秒生成的序列号不同，就能得到唯一的 ID

代码

php实现

/**
ID 生成策略
毫秒级时间41位+机器ID 10位+毫秒内序列12位。
0       1           41        46         51          63
+-------+-----------+---------+-----------+-----------+
|unused |timestamp  |workId   |machineId  |sequence   |
+-------+-----------+---------+-----------+-----------+
1bit是 未使用的符号位
接着41bits是 微秒为单位的timestamp
接着5bits是 业务线ID
接着5bits是 事先配置好的机器ID
最后12bits是 累加计数器
workerId  (5bits) 最多只能有32个业务同时产生ID
machineId (5bits) 最多只能有32台机器同时产生ID
sequence  (12bits) 1台机器1ms中最多产生4096个ID

*/

class Snowflake

{

const EPOCH = 1571829625238; // 起始时间戳,毫秒

const SEQUENCE_BITS = 12; // 序号部分 12位

const SEQUENCE_MAX = -1 ^ (-1 << self::SEQUENCE_BITS); // 序号最大值

const WORKER_BITS = 5; // 业务节点部分 5位

const WORKER_MAX = -1 ^ (-1 << self::WORKER_BITS);  // 业务节点最大数值

const MACHINE_BITS = 5; // 机器部分 5位

const MACHINE_MAX = -1 ^ (-1 << self::MACHINE_BITS); // 机器数最大值

const TIME_SHIFT = self::WORKER_BITS + self::MACHINE_BITS + self::SEQUENCE_BITS; // 时间戳部分左偏移量

const WORKER_SHIFT = self::MACHINE_BITS + self::SEQUENCE_BITS; // 机器部分左偏移量

const MACHINE_SHIFT = self::SEQUENCE_BITS;   // 业务节点部分左偏移量

protected $timestamp;   // 上次ID生成时间戳

protected $workerId;    // 节点ID

protected $machineId;   // 机器ID

protected $sequence;    // 序号

public function __construct($machineId = 1, \(workerId = 1)
{
    if (\)machineId < 0 || \(machineId > self::MACHINE_MAX) {
        throw new \Exception("machineId can't be greater than " .self::MACHINE_MAX. " or less than 0");
    }
    if (\)workerId < 0 || $workerId > self::WORKER_MAX) {

throw new \Exception("workerId can't be greater than " .self::WORKER_MAX. " or less than 0");

}
$this->timestamp = 0;
$this->machineId = $machineId;
$this->workerId = $workerId;
$this->sequence = 0;

}
/**
生成ID
@return int

*/

public function getId()

{

$now = \(this->getTimestampM();
 if (\)this->timestamp == $now) {

\(this->sequence ++;
     if (\)this->sequence > self::SEQUENCE_MAX) {

// 当前毫秒内生成的序号已经超出最大范围，等待下一毫秒重新生成

// 使用 usleep(1) 一样

while ($now <= $this->timestamp) {

$now = $this->getTimestampM();

}

}

} else {

$this->sequence = 0;

}

$this->timestamp = $now; // 更新ID生时间戳

\(id = ((\)now - self::EPOCH) << self::TIME_SHIFT) | (\(this->workerId << self::WORKER_SHIFT) | (\)this->machineId << self::MACHINE_SHIFT) | $this->sequence;

return $id;

}
/**
返回id生成参数
@param $id
@return array

*/

public function restoreId($id)

{

\(binary = decbin(\)id);

return [

'timestamp'  => bindec(substr(\(binary, 0, -self::TIME_SHIFT)) + self::EPOCH,
     'workerId'  => bindec(substr(\)binary, -self::TIME_SHIFT, self::WORKER_BITS)),

'machineId' => bindec(substr(\(binary, -self::WORKER_SHIFT, self::MACHINE_BITS)),
     'sequence' => bindec(substr(\)binary, -self::SEQUENCE_BITS)),

];

}
/**
获取当前毫秒时间戳
@return string

*/

public function getTimestampM()

{

$time = explode(' ', microtime());

\(time2= substr(\)time[0], 2, 3);

return  \(time[1].\)time2;

}

}

id的混淆

• 既然使用的是snowflake方式, 可以使用 原来总结的 进制转换的方式,转换为相应的 字符串表示方式
• 或者是 使用 hashids 现有库,hashids

补充知识

正数的二进制表示方式: 补码和原码相同

负数的二进制表示方式: 以其原码的补码形式表示

正数的补码是其二进制表示，与原码相同。

负数的补码，将其原码除符号位外的所有位取反（0变1，1变0，符号位为1不变）后加1。

-1 ^ (-1 << 4)

就是-1的二进制表示为-1的补码(其值为 位数上全是1, 11111111)

其实等同于: 2的4次方 - 1

参考链接

hashids

参考链接1

参考链接2