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分布式id生成器
有時我們需要能夠生成類似MySQL自增ID這樣不斷增大，同時又不會重復的id。以支持業務中的高並發場景。比較典型的，電商促銷時，短時間內會有大量的訂單涌入到系統，比如每秒10w+。明星出軌時，會有大量熱情的粉絲發微博以表心意，同樣會在短時間內產生大量的消息。
在插入數據庫之前，我們需要給這些消息、訂單先打上一個ID，然后再插入到我們的數據庫。對這個id的要求是希望其中能帶有一些時間信息，這樣即使我們后端的系統對消息進行了分庫分表，也能夠以時間順序對這些消息進行排序。
Twitter的snowflake算法是這種場景下的一個典型解法。先來看看snowflake是怎么一回事，見圖 6-1：
圖 6-1 snowflake中的比特位分布
首先確定我們的數值是64位，int64類型，被划分為四部分，不含開頭的第一個bit，因為這個bit是符號位。用41位來表示收到請求時的時間戳，單位為毫秒，然后五位來表示數據中心的id，然后再五位來表示機器的實例id，最后是12位的循環自增id（到達1111,1111,1111后會歸0）。
這樣的機制可以支持我們在同一台機器上，同一毫秒內產生2 ^ 12 = 4096條消息。一秒共409.6萬條消息。從值域上來講完全夠用了。
數據中心加上實例id共有10位，可以支持我們每數據中心部署32台機器，所有數據中心共1024台實例。
表示timestamp的41位，可以支持我們使用69年。當然，我們的時間毫秒計數不會真的從1970年開始記，那樣我們的系統跑到2039/9/7 23:47:35就不能用了，所以這里的timestamp只是相對於某個時間的增量，比如我們的系統上線是2018-08-01，那么我們可以把這個timestamp當作是從2018-08-01 00:00:00.000的偏移量。
worker_id分配
timestamp，datacenter_id，worker_id和sequence_id這四個字段中，timestamp和sequence_id是由程序在運行期生成的。但datacenter_id和worker_id需要我們在部署階段就能夠獲取得到，並且一旦程序啟動之后，就是不可更改的了（想想，如果可以隨意更改，可能被不慎修改，造成最終生成的id有沖突）。
一般不同數據中心的機器，會提供對應的獲取數據中心id的API，所以datacenter_id我們可以在部署階段輕松地獲取到。而worker_id是我們邏輯上給機器分配的一個id，這個要怎么辦呢？比較簡單的想法是由能夠提供這種自增id功能的工具來支持，比如MySQL:
mysql> insert into a (ip) values("10.1.2.101");
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> select last_insert_id();
+------------------+
| last_insert_id() |
+------------------+
| 2 |
+------------------+
1 row in set (0.00 sec)
從MySQL中獲取到worker_id之后，就把這個worker_id直接持久化到本地，以避免每次上線時都需要獲取新的worker_id。讓單實例的worker_id可以始終保持不變。
當然，使用MySQL相當於給我們簡單的id生成服務增加了一個外部依賴。依賴越多，我們的服務的可運維性就越差。
考慮到集群中即使有單個id生成服務的實例掛了，也就是損失一段時間的一部分id，所以我們也可以更簡單暴力一些，把worker_id直接寫在worker的配置中，上線時，由部署腳本完成worker_id字段替換。
開源實例
標准snowflake實現
github.com/bwmarrin/snowflake 是一個相當輕量化的snowflake的Go實現。其文檔對各位使用的定義見圖 6-2所示。
圖 6-2 snowflake庫
和標准的snowflake完全一致。使用上比較簡單：
package main
import (
"fmt"
"os"
"github.com/bwmarrin/snowflake"
)
func main() {
n, err := snowflake.NewNode(1)
if err != nil {
println(err)
os.Exit(1)
}
for i := 0; i < 3; i++ {
id := n.Generate()
fmt.Println("id", id)
fmt.Println(
"node: ", id.Node(),
"step: ", id.Step(),
"time: ", id.Time(),
"\n",
)
}
}
當然，這個庫也給我們留好了定制的后路，其中預留了一些可定制字段：
// Epoch is set to the twitter snowflake epoch of Nov 04 2010 01:42:54 UTC
// You may customize this to set a different epoch for your application.
Epoch int64 = 1288834974657
// Number of bits to use for Node
// Remember, you have a total 22 bits to share between Node/Step
NodeBits uint8 = 10
// Number of bits to use for Step
// Remember, you have a total 22 bits to share between Node/Step
StepBits uint8 = 12
Epoch就是本節開頭講的起始時間，NodeBits指的是機器編號的位長，StepBits指的是自增序列的位長。
sonyflake
sonyflake是Sony公司的一個開源項目，基本思路和snowflake差不多，不過位分配上稍有不同，見圖 6-3：
圖 6-3 sonyflake
這里的時間只用了39個bit，但時間的單位變成了10ms，所以理論上比41位表示的時間還要久(174年)。
Sequence ID和之前的定義一致，Machine ID其實就是節點id。sonyflake與眾不同的地方在於其在啟動階段的配置參數：
func NewSonyflake(st Settings) *Sonyflake
Settings數據結構如下：
type Settings struct {
StartTime time.Time
MachineID func() (uint16, error)
CheckMachineID func(uint16) bool
}
StartTime選項和我們之前的Epoch差不多，如果不設置的話，默認是從2014-09-01 00:00:00 +0000 UTC開始。
MachineID可以由用戶自定義的函數，如果用戶不定義的話，會默認將本機IP的低16位作為machine id。
CheckMachineID是由用戶提供的檢查MachineID是否沖突的函數。這里的設計還是比較巧妙的，如果有另外的中心化存儲並支持檢查重復的存儲，那我們就可以按照自己的想法隨意定制這個檢查MachineID是否沖突的邏輯。如果公司有現成的Redis集群，那么我們可以很輕松地用Redis的集合類型來檢查沖突。
redis 127.0.0.1:6379> SADD base64_encoding_of_last16bits MzI0Mgo= (integer) 1 redis 127.0.0.1:6379> SADD base64_encoding_of_last16bits MzI0Mgo= (integer) 0
使用起來也比較簡單，有一些邏輯簡單的函數就略去實現了：
package main
import (
"fmt"
"os"
"time"
"github.com/sony/sonyflake"
)
func getMachineID() (uint16, error) {
var machineID uint16
var err error
machineID = readMachineIDFromLocalFile()
if machineID == 0 {
machineID, err = generateMachineID()
if err != nil {
return 0, err
}
}
return machineID, nil
}
func checkMachineID(machineID uint16) bool {
saddResult, err := saddMachineIDToRedisSet()
if err != nil || saddResult == 0 {
return true
}
err := saveMachineIDToLocalFile(machineID)
if err != nil {
return true
}
return false
}
func main() {
t, _ := time.Parse("2006-01-02", "2018-01-01")
settings := sonyflake.Settings{
StartTime: t,
MachineID: getMachineID,
CheckMachineID: checkMachineID,
}
sf := sonyflake.NewSonyflake(settings)
id, err := sf.NextID()
if err != nil {
fmt.Println(err)
os.Exit(1)
}
fmt.Println(id)
}