雪花算法(snowflake)

簡單描述

• 最高位是符號位，始終為0，不可用。

• 41位的時間序列，精確到毫秒級，41位的長度可以使用69年。時間位還有一個很重要的作用是可以根據時間進行排序。注意，41位時間截不是存儲當前時間的時間截，而是存儲時間截的差值（當前時間截 - 開始時間截) 后得到的值，這里的的開始時間截，一般是我們的id生成器開始使用的時間，由我們程序來指定的（如下下面程序SnowFlake類的START_STMP屬性）。41位的時間截，可以使用69年，年T = (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69

• 10位的機器標識，10位的長度最多支持部署1024個節點。

• 12位的計數序列號，序列號即一系列的自增id，可以支持同一節點同一毫秒生成多個ID序號，12位的計數序列號支持每個節點每毫秒產生4096個ID序號。

加起來剛好64位，為一個Long型。這個算法很簡潔，但依舊是一個很好的ID生成策略。其中，10位器標識符一般是5位IDC+5位machine編號，唯一確定一台機器。

算法實現

public class SnowFlake {
    // 起始的時間戳
    private final static long START_STMP = 1577808000000L; //2020-01-01 // 每一部分占用的位數，就三個
    private final static long SEQUENCE_BIT = 12; //序列號占用的位數
    private final static long MACHINE_BIT = 5; //機器標識占用的位數
    private final static long DATACENTER_BIT = 5; //數據中心占用的位數
    // 每一部分最大值
    private final static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
    private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
    private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
    // 每一部分向左的位移
    private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private final static long DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
    private final static long TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;
    private long datacenterId; //數據中心
    private long machineId; //機器標識
    private long sequence = 0L; //序列號
    private long lastStmp = -1L; //上一次時間戳

    public SnowFlake(long datacenterId, long machineId) {
        if (datacenterId > MAX_DATACENTER_NUM || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("datacenterId can't be greater than MAX_DATACENTER_NUM or less than 0");
        }
        if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("machineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0");
        }
        this.datacenterId = datacenterId;
        this.machineId = machineId;
    }

    //產生下一個ID
    public synchronized long nextId() {
        long currStmp = timeGen();
        if (currStmp < lastStmp) {
            throw new RuntimeException("Clock moved backwards.  Refusing to generate id");
        }

        if (currStmp == lastStmp) {
            //if條件里表示當前調用和上一次調用落在了相同毫秒內，只能通過第三部分，序列號自增來判斷為唯一，所以+1.
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            //同一毫秒的序列數已經達到最大，只能等待下一個毫秒
            if (sequence == 0L) {
                currStmp = getNextMill();
            }
        } else {
            //不同毫秒內，序列號置為0
            //執行到這個分支的前提是currTimestamp > lastTimestamp，說明本次調用跟上次調用對比，已經不再同一個毫秒內了，這個時候序號可以重新回置0了。
            sequence = 0L;
        }

        lastStmp = currStmp;
        //就是用相對毫秒數、機器ID和自增序號拼接
        return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT //時間戳部分
                | datacenterId << DATACENTER_LEFT       //數據中心部分
                | machineId << MACHINE_LEFT             //機器標識部分
                | sequence;                             //序列號部分
    }

    private long getNextMill() {
        long mill = timeGen();
        while (mill <= lastStmp) {
            mill = timeGen();
        }
        return mill;
    }

    private long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
}

當增加一秒生成ID的時候就是增加10位的機器標識+12位序列+約2的10次方（1000毫秒），最終就是增加一個2的32次方4 294 967 296就是42億左右

但是這里有一個坑，雪花算法產生的長整數的精度可能超過javascript能表達的精度，這會導致js獲取的id與雪花算法算出來的id不一致，如雪花算法得到的是36594866121080832，但是因為javascript丟失精度后只獲取到36594866121080830， 這會導致對數據的所有操作都失效。

解決辦法：后端的語言獲取到雪花算法的id后將其轉換為String類型，這樣js也會當做字符串來處理，就不會丟失精度了。

配置方法

@Configuration
public class WebMvcConfig implements WebMvcConfigurer {

    @Autowired
    public void configureMessageConverters(List<HttpMessageConverter<?>> converters) {
        converters.add(toStringConverter());
    }

    /**
     * BigDecimal Long 轉化為String
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public MappingJackson2HttpMessageConverter toStringConverter() {
        MappingJackson2HttpMessageConverter converter = new MappingJackson2HttpMessageConverter();
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        SimpleModule simpleModule = new SimpleModule();
        simpleModule.addSerializer(BigDecimal.class, BigDecimalToStringSerializer.instance);
        simpleModule.addSerializer(Long.class, ToStringSerializer.instance);
        simpleModule.addSerializer(Long.TYPE, ToStringSerializer.instance);
        simpleModule.addSerializer(long.class, ToStringSerializer.instance);
        mapper.registerModule(simpleModule);

　　　　　// Include.Include.ALWAYS 默認
　　　　　// Include.NON_DEFAULT 屬性為默認值不序列化
　　　　　// Include.NON_EMPTY 屬性為 空（""） 或者為 NULL 都不序列化，則返回的json是沒有這個字段的。這樣對移動端會更省流量
　　　　　// Include.NON_NULL 屬性為NULL 不序列化
　　　　　mapper.setSerializationInclusion(JsonInclude.Include.NON_NULL);
　　　　　mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
　　　　　mapper.configure(JsonParser.Feature.ALLOW_UNQUOTED_CONTROL_CHARS, true);// 允許出現特殊字符和轉義符
　　　　　mapper.configure(JsonParser.Feature.ALLOW_SINGLE_QUOTES, true); // 允許出現單引號

　　　　　converter.setObjectMapper(mapper);

　　　　　return converter; } @JacksonStdImpl static class BigDecimalToStringSerializer extends ToStringSerializer { public final static BigDecimalToStringSerializer instance = new BigDecimalToStringSerializer(); public BigDecimalToStringSerializer() { super(Object.class); } public BigDecimalToStringSerializer(Class<?> handledType) { super(handledType); } @Override public boolean isEmpty(SerializerProvider prov, Object value) { if (value == null) { return true; } String str = ((BigDecimal) value).stripTrailingZeros().toPlainString(); return str.isEmpty(); } @Override public void serialize(Object value, JsonGenerator gen, SerializerProvider provider) throws IOException { gen.writeString(((BigDecimal) value).stripTrailingZeros().toPlainString()); } @Override public JsonNode getSchema(SerializerProvider provider, Type typeHint) throws JsonMappingException { return createSchemaNode("string", true); } @Override public void serializeWithType(Object value, JsonGenerator gen, SerializerProvider provider, TypeSerializer typeSer) throws IOException { // no type info, just regular serialization
 serialize(value, gen, provider); } } }