【项目实战】分布式ID神器之雪花算法SnowFlake简介

ゝ一纸荒年。 2024-03-16 11:22 37阅读 0赞

## 一、雪花算法SnowFlake是什么？ ##

SnowFlake是Twitter公司采用的一种算法，目的是在分布式系统中产生全局唯一且趋势递增的ID。  
雪花算法这一在分布式架构中很常见的玩意，但一般也不需要怎么去深入了解

*  一方面，一般个人项目用不到分布式之类的大型架构
 *  另一方面，就算要用到，市面上很多ID生成器也帮我们完成了这项工作。

## 二、分库分表带来的问题之全局主键避重问题 ##

### 2.1 问题详细描述 ###

在生成表主键ID时，可考虑主键自增 或者 UUID，但它们都有很明显的缺点  
主键自增：  
（1）自增ID容易被爬虫遍历数据。  
（2）分表分库会有ID冲突。  
UUID:  
（1）太长，并且有索引碎片，索引多占用空间的问题  
（2）无序。无法做到根据主键排序。

### 2.2问题解决方法 ###

可考虑通过雪花ID来作为数据库的主键，雪花算法就很适合在分布式场景下生成唯一ID,它既可以保证唯一又可以排序。

为了提高生产雪花ID的效率，在这里面数据的运算都采用的是位运算

雪花ID：静态内部类单例模式实现雪花算法：https://www.cnblogs.com/qdhxhz/p/11372658.html

## 三、分布式ID的特点 ##

### 3.1 全局唯一性 ###

不能出现有重复的ID标识，这是基本要求。

### 3.2 递增性 ###

确保生成ID，对于用户或业务是递增的。

### 3.3 高可用性 ###

确保任何时候，都能生成正确的ID。

### 3.4 高性能性 ###

在高并发的环境下，依然表现良好。

## 四、分布式ID的常见解决方案以及选型 ##

### 4.1UUID ###

#### 4.1.1 简介 ####

Java自带的，生成一串唯一随机36位字符串（32个字符串+4个“-”）的算法。

#### 4.1.2 优点 ####

*  可保证唯一性
 *  且据说够用N亿年

#### 4.1.3 缺点 ####

*  业务可读性差
 *  无法有序递增

### 4.2 雪花算法SnowFlake ###

#### 4.2.1 简介 ####

它是Twitter开源的由64位整数组成分布式ID  
https://github.com/twitter-archive/snowflake

#### 4.2.2 优点 ####

性能较高  
在单机上递增

### 4.3 UidGenerator ###

#### 4.3.1 简介 ####

百度开源的分布式ID生成器  
基于雪花算法实现  
https://github.com/baidu/uid-generator/blob/master/README.zh\_cn.md

### 4.4 Leaf ###

#### 4.1.1 简介 ####

*  美团开源的分布式ID生成器
 *  美团点评分布式ID生成系统  
    https://tech.meituan.com/2017/04/21/mt-leaf.html  
    https://tech.meituan.com/MT\_Leaf.html

#### 4.1.2 优点 ####

能保证全局唯一  
趋势递增

#### 4.1.3 缺点 ####

需要依赖关系数据库、ZK等中间件

## 五、雪花算法的组成部分 ##

由于在Java中64bit的整数是long类型,所以在Java中SnowFlake算法生成的id就是long来存储的。

SnowFlake算法生成ID的结果是一个64bit大小的整数，它的结构如下图：  
![在这里插入图片描述][fe00dd8d2c484b8a9be9579a3274851b.png]  
组成部分（64bit）

### 5.1 第一位 (占用1bit) ###

其值始终是0，没有实际作用。  
因为二进制中最高位是符号位，1表示负数，0表示正数。  
生成的ID都是正整数，所以最高位固定为0。

### 5.2 时间戳 （占用41bit） ###

总共可以容纳约69年的时间。  
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。

### 5.3 工作机器id（占用10bit） ###

其中高位5bit是数据中心ID，低位5bit是工作节点ID，最多可以容纳1024个节点。  
10位的机器标识，10位的长度最多支持部署1024个节点。

### 5.4 序列号（占用12bit） ###

每个节点每毫秒0开始不断累加，最多可以累加到4095，一共可以产生4096个ID。  
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。  
可以表示的最大正整数是2^12 -1 = 4095，即可以用0、1、2、3、…4094这4095个数字，来表示同一机器同一时间截（毫秒)内产生的4095个ID序号。

SnowFlake算法在同一毫秒内最多可以生成多少个全局唯一ID呢：  
同一毫秒的ID数量 = 1024 X 4096 = 4194304

[fe00dd8d2c484b8a9be9579a3274851b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/16/e4cd1e6e73ae4bbc8dae007982809bc5.png