什么是雪花ID?

什么是雪花ID?

技术杂谈小彩虹2021-08-26 10:06:16370A+A-

文章已收录Github精选,欢迎Stargithub.com/yehongzhi/l…

为什么使用雪花ID

在以前的项目中,最常见的两种主键类型是自增Id和UUID,在比较这两种ID之前首先要搞明白一个问题,就是为什么主键有序比无序查询效率要快,因为自增Id和UUID之间最大的不同点就在于有序性。

我们都知道,当我们定义了主键时,数据库会选择表的主键作为聚集索引(B+Tree),mysql 在底层是以数据页为单位来存储数据的。

也就是说如果主键为自增 id 的话,mysql 在写满一个数据页的时候,直接申请另一个新数据页接着写就可以了。如果一个数据页存满了,mysql 就会去申请一个新的数据页来存储数据。如果主键是UUID,为了确保索引有序,mysql 就需要将每次插入的数据都放到合适的位置上。这就造成了页分裂,这个大量移动数据的过程是会严重影响插入效率的

一句话总结就是,InnoDB表的数据写入顺序能和B+树索引的叶子节点顺序一致的话,这时候存取效率是最高的。

但是为什么很多情况又不用自增id作为主键呢?

  • 容易导致主键重复。比如导入旧数据时,线上又有新的数据新增,这时就有可能在导入时发生主键重复的异常。为了避免导入数据时出现主键重复的情况,要选择在应用停业后导入旧数据,导入完成后再启动应用。显然这样会造成不必要的麻烦。而UUID作为主键就不用担心这种情况。
  • 不利于数据库的扩展。当采用自增id时,分库分表也会有主键重复的问题。UUID则不用担心这种问题。

那么问题就来了,自增id会担心主键重复,UUID不能保证有序性,有没有一种ID既是有序的,又是唯一的呢?

当然有,就是雪花ID

什么是雪花ID

snowflake是Twitter开源的分布式ID生成算法,结果是64bit的Long类型的ID,有着全局唯一和有序递增的特点。

  • 最高位是符号位,因为生成的 ID 总是正数,始终为0,不可用。
  • 41位的时间序列,精确到毫秒级,41位的长度可以使用69年。时间位还有一个很重要的作用是可以根据时间进行排序。
  • 10位的机器标识,10位的长度最多支持部署1024个节点。
  • 12位的计数序列号,序列号即一系列的自增ID,可以支持同一节点同一毫秒生成多个ID序号,12位的计数序列号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号。

缺点也是有的,就是强依赖机器时钟,如果机器上时钟回拨,有可能会导致主键重复的问题。

Java实现雪花ID

下面是用Java实现雪花ID的代码,供大家参考一下。

public class SnowflakeIdWorker {
    /** * 开始时间:2020-01-01 00:00:00 */
    private final long beginTs = 1577808000000L;

    private final long workerIdBits = 10;

    /** * 2^10 - 1 = 1023 */
    private final long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);

    private final long sequenceBits = 12;

    /** * 2^12 - 1 = 4095 */
    private final long maxSequence = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    /** * 时间戳左移22位 */
    private final long timestampLeftOffset = workerIdBits + sequenceBits;

    /** * 业务ID左移12位 */
    private final long workerIdLeftOffset = sequenceBits;

    /** * 合并了机器ID和数据标示ID,统称业务ID,10位 */
    private long workerId;

    /** * 毫秒内序列,12位,2^12 = 4096个数字 */
    private long sequence = 0L;

    /** * 上一次生成的ID的时间戳,同一个worker中 */
    private long lastTimestamp = -1L;

    public SnowflakeIdWorker(long workerId) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("WorkerId必须大于或等于0且小于或等于%d", maxWorkerId));
        }

        this.workerId = workerId;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long ts = System.currentTimeMillis();
        if (ts < lastTimestamp) {
            throw new RuntimeException(String.format("系统时钟回退了%d毫秒", (lastTimestamp - ts)));
        }

        // 同一时间内,则计算序列号
        if (ts == lastTimestamp) {
            // 序列号溢出
            if (++sequence > maxSequence) {
                ts = tilNextMillis(lastTimestamp);
                sequence = 0L;
            }
        } else {
            // 时间戳改变,重置序列号
            sequence = 0L;
        }

        lastTimestamp = ts;

        // 0 - 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 0 - 00000000 00 - 00000000 0000
        // 左移后,低位补0,进行按位或运算相当于二进制拼接
        // 本来高位还有个0<<63,0与任何数字按位或都是本身,所以写不写效果一样
        return (ts - beginTs) << timestampLeftOffset | workerId << workerIdLeftOffset | sequence;
    }

    /** * 阻塞到下一个毫秒 * * @param lastTimestamp * @return */
    private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
        long ts = System.currentTimeMillis();
        while (ts <= lastTimestamp) {
            ts = System.currentTimeMillis();
        }

        return ts;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SnowflakeIdWorker snowflakeIdWorker = new SnowflakeIdWorker(7);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            long id = snowflakeIdWorker.nextId();
            System.out.println(id);
        }
    }
}

main方法,测试结果如下:

184309536616640512
184309536616640513
184309536616640514
184309536616640515
184309536616640516
184309536616640517
184309536616640518
184309536616640519
184309536616640520
184309536616640521

总结

在大部分公司的开发项目中里,雪花ID是主流的ID生成策略,除了自己实现之外,目前市场上也有很多开源的实现,比如:

有兴趣的可以自行观摩一下,那么这篇文章就写到这里了,感谢大家的阅读。

文章持续更新,微信搜索『java技术爱好者』,关注后第一时间收到推送的技术文章,文章分类收录于github:github.com/yehongzhi,总能找到你感兴趣的

觉得有用就点个赞吧,你的点赞是我创作的最大动力~

我是一个努力让大家记住的程序员。我们下期再见!!!

能力有限,如果有什么错误或者不当之处,请大家批评指正,一起学习交流!

点击这里复制本文地址 以上内容由权冠洲的博客整理呈现,请务必在转载分享时注明本文地址!如对内容有疑问,请联系我们,谢谢!

支持Ctrl+Enter提交

联系我们| 本站介绍| 留言建议 | 交换友链 | 域名展示 | 支付宝红包
本站资源来自互联网收集,仅供用于学习和交流,请遵循相关法律法规,本站一切资源不代表本站立场,如有侵权、后门、不妥请联系本站删除

权冠洲的博客 © All Rights Reserved.  Copyright quanguanzhou.top All Rights Reserved
苏公网安备 32030302000848号   苏ICP备20033101号-1
本网站由 提供CDN/云存储服务

联系我们