自定义雪花算法生成业务ID

系统唯一ID是我们在设计一个系统的时候常常会遇见的问题，比如常见的基于数据库自增主键生成的id，随机生成的uuid，亦或者redis自增的计数器等都属于常见的解决方案；本文我们将会重点看一下业界内大名鼎鼎的雪花算法，是如何实现分布式id的

1. 雪花算法

1.1 全局唯一id

雪花算法主要是为了解决全局唯一id，那么什么是全局唯一id呢？它应该满足什么属性呢

基本属性：

• 全局唯一性：不能出现重复的 ID 号，既然是唯一标识，这是最基本的要求；
• 趋势递增：在 MySQL InnoDB 引擎中使用的是聚集索引，由于多数 RDBMS 使用 B-tree 的数据结构来存储索引数据，在主键的选择上面我们应该尽量使用有序的主键保证写入性能；
• 单调递增：保证下一个 ID 一定大于上一个 ID，例如事务版本号、IM 增量消息、排序等特殊需求；
• 信息安全：如果 ID 是连续的，恶意用户的爬取工作就非常容易做了，直接按照顺序下载指定 URL 即可；如果是订单号就更危险了，竞争对手可以直接知道我们一天的单量。所以在一些应用场景下，会需要 ID 无规则、不规则。

1.2. 雪花算法

雪花算法可以说是业界内生成全局唯一id的经典算法，其基本原理也比较简单

Snowflake 以 64 bit 来存储组成 ID 的4 个部分：

1. 最高位占1 bit，值固定为 0，以保证生成的 ID 为正数；
2. 中位占 41 bit，值为毫秒级时间戳；
3. 中下位占 10 bit，值为机器标识id，值的上限为 1024；
4. 末位占 12 bit，值为当前毫秒内生成的不同的自增序列，值的上限为 4096；

从上面的结构设计来看，雪花算法的实现可以说比较清晰了，我们重点看一下它的缺陷

1. 时钟回拨问题：由于id的高位依赖于系统的时间戳，因此当服务器时间错乱或者出现时钟回拨，可能导致数据重复
2. 集群规模1024台机器，每1ms单机4096个id最大限制

1.3. 实现与使用

目前雪花算法的实现方式较多，通常也不需要我们进行额外开发，如直接Hutool的Snowflake

看下它的核心实现

public class Snowflake implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;


    /**
     * 默认的起始时间，为Thu, 04 Nov 2010 01:42:54 GMT
     */
    public static long DEFAULT_TWEPOCH = 1288834974657L;
    /**
     * 默认回拨时间，2S
     */
    public static long DEFAULT_TIME_OFFSET = 2000L;

    private static final long WORKER_ID_BITS = 5L;
    // 最大支持机器节点数0~31，一共32个
    @SuppressWarnings({"PointlessBitwiseExpression", "FieldCanBeLocal"})
    private static final long MAX_WORKER_ID = -1L ^ (-1L << WORKER_ID_BITS);
    private static final long DATA_CENTER_ID_BITS = 5L;
    // 最大支持数据中心节点数0~31，一共32个
    @SuppressWarnings({"PointlessBitwiseExpression", "FieldCanBeLocal"})
    private static final long MAX_DATA_CENTER_ID = -1L ^ (-1L << DATA_CENTER_ID_BITS);
    // 序列号12位（表示只允许workId的范围为：0-4095）
    private static final long SEQUENCE_BITS = 12L;
    // 机器节点左移12位
    private static final long WORKER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS;
    // 数据中心节点左移17位
    private static final long DATA_CENTER_ID_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS;
    // 时间毫秒数左移22位
    private static final long TIMESTAMP_LEFT_SHIFT = SEQUENCE_BITS + WORKER_ID_BITS + DATA_CENTER_ID_BITS;
    // 序列掩码，用于限定序列最大值不能超过4095
    private static final long SEQUENCE_MASK = ~(-1L << SEQUENCE_BITS);// 4095

    /**
     * 初始化时间点
     */
    private final long twepoch;
    private final long workerId;
    private final long dataCenterId;
    private final boolean useSystemClock;
    /**
     * 允许的时钟回拨毫秒数
     */
    private final long timeOffset;
    /**
     * 当在低频模式下时，序号始终为0，导致生成ID始终为偶数

     * 此属性用于限定一个随机上限，在不同毫秒下生成序号时，给定一个随机数，避免偶数问题。

     * 注意次数必须小于{@link #SEQUENCE_MASK}，{@code 0}表示不使用随机数。

     * 这个上限不包括值本身。
     */
    private final long randomSequenceLimit;

    /**
     * 自增序号，当高频模式下时，同一毫秒内生成N个ID，则这个序号在同一毫秒下，自增以避免ID重复。
     */
    private long sequence = 0L;
    private long lastTimestamp = -1L;

    /**
     * 构造，使用自动生成的工作节点ID和数据中心ID
     */
    public Snowflake() {
        this(IdUtil.getWorkerId(IdUtil.getDataCenterId(MAX_DATA_CENTER_ID), MAX_WORKER_ID));
    }

    /**
     * 构造
     *
     * @param workerId 终端ID
     */
    public Snowflake(long workerId) {
        this(workerId, IdUtil.getDataCenterId(MAX_DATA_CENTER_ID));
    }

    /**
     * 构造
     *
     * @param workerId     终端ID
     * @param dataCenterId 数据中心ID
     */
    public Snowflake(long workerId, long dataCenterId) {
        this(workerId, dataCenterId, false);
    }

    /**
     * 构造
     *
     * @param workerId ...