雪花算法详解(原理优缺点及代码实现)

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雪花算法简介

雪花算法，英文名为snowflake，翻译过来就是是雪花，所以叫雪花算法。

在大自然雪花形成过程中，会形成不同的结构分支，所以说不存在两片完全一样的雪花，表示生成的id如雪花般独一无二。

雪花算法，它最早是twitter内部使用的分布式环境下的唯一分布式ID生成算法。

雪花算法的优缺点

雪花算法，它至少有如下4个优点：

1.系统环境ID不重复

能满足高并发分布式系统环境ID不重复，比如大家熟知的分布式场景下的数据库表的ID生成。

2.生成效率极高

在高并发，以及分布式环境下，除了生成不重复 id，每秒可生成百万个不重复 id，生成效率极高。

3.保证基本有序递增

基于时间戳，可以保证基本有序递增，很多业务场景都有这个需求。

4.不依赖第三方库

不依赖第三方的库，或者中间件，算法简单，在内存中进行。

雪花算法，有一个比较大的缺点：

依赖服务器时间，服务器时钟回拨时可能会生成重复 id。

雪花算法原理

详细的雪花算法构造如下图所示：

雪花算法的原理：就是生成一个的 64 位的 long 类型的唯一 id，主要分为如下4个部分组成：

1）1位保留 (基本不用)

1位标识：由于long基本类型在Java中是带符号的，最高位是符号位，正数是0，负数是1，所以id一般是正数，最高位是0，所以这第一位都是0。

2）41位时间戳 

接下来 41 位存储毫秒级时间戳，41位可以表示2^41-1个毫秒的值，转化成单位年则是:(2^41−1)/(1000∗60∗60∗24∗365)=69年 。

41位时间戳 ：也就是说这个时间戳可以使用69年不重复，大概可以使用 69 年。

注意：41位时间截不是存储当前时间的时间截，而是存储时间截的差值“当前时间截 – 开始时间截”得到的值。

这里的的开始时间截，一般是我们的id生成器开始使用的时间，由我们程序来指定的，一般设置好后就不要去改变了，切记！！！

因为，雪花算法有如下缺点：依赖服务器时间，服务器时钟回拨时可能会生成重复 id。

3）10位机器

10位的数据机器位，可以部署在1024个节点，包括5位datacenterId和5位workerId，最多可以部署 2^10=1024 台机器。

这里的5位可以表示的最大正整数是2^5−1=31，即可以用0、1、2、3、….31这32个数字，来表示不同的datecenterId，或workerId。

4） 12bit序列号

用来记录同毫秒内产生的不同id，12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒(同一机器，同一时间截)产生4096个ID序号。

理论上雪花算法方案的QPS约为409.6w/s，这种分配方式可以保证在任何一个IDC的任何一台机器在任意毫秒内生成的ID都是不同的。

作者简介

陈睿|mikechen,10年+大厂架构经验,《BAT架构技术500期》系列文章作者，专注于互联网架构技术。

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