[golang] 分布式ID生成算法Snowflake

king_wang · · 4237 次点击 · · 开始浏览

这是一个创建于的文章，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

第一次，站长亲自招 Gopher 了>>>

大部分分布式系统中，对一些互斥资源通常需要一个集群唯一的ID，比如消息id，订单号等。而且很多业务需求往往要求这些ID必须具有先后顺序，以方便分页或者排序。这就要求ID具有两个特性:

全局唯一
随时间递增

Snowflake

Twitter-Snowflake算法很好的解决了这种需求，它可以非常高效的生成ID，其核心思想如下(图片来自网络):

snowflake-64bit.jpg

时间戳。时间戳段位共41位，单位毫秒，可以使用约70年。为了增加剩余可用期限，一般都会把起始日期尽量后移而不是直接使用1970-01-01。（ps：如果是使用1970，你的程序只能支持到2039年了）
机器id。用于区分集群内不同机器，因为Snowflake生成ID是在每台机器上进行的。一般集群中每个节点都会有一个自己的id标示，如果实在没有也可以通过grpc，thrift等由master server生成。我们系统的nodeid是通过zookeeper来生成的。
序列号。由于高并发的特性，即使时间戳精确到了毫秒，也有可能出现重复。序列号用于同一时间戳下生成多个id。12位的长度，可以达到每秒上限1000*(2^12)=400W，完全够用了。

Golang实现

实现代码如下:

/*
* Snowflake
*
* 1                                               42           52             64
* +-----------------------------------------------+------------+---------------+
* | timestamp(ms)                                 | workerid   | sequence      |
* +-----------------------------------------------+------------+---------------+
* | 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 | 0000000000 | 0000000000 00 |
* +-----------------------------------------------+------------+---------------+
*
* 1. 41位时间截(毫秒级)，注意这是时间截的差值（当前时间截 - 开始时间截)。可以使用约70年: (1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69
* 2. 10位数据机器位，可以部署在1024个节点
* 3. 12位序列，毫秒内的计数，同一机器，同一时间截并发4096个序号
*/

const (
   twepoch        = int64(1483228800000)             //开始时间截 (2017-01-01)
   workeridBits   = uint(10)                         //机器id所占的位数
   sequenceBits   = uint(12)                         //序列所占的位数
   workeridMax    = int64(-1 ^ (-1 << workeridBits)) //支持的最大机器id数量
   sequenceMask   = int64(-1 ^ (-1 << sequenceBits)) //
   workeridShift  = sequenceBits                     //机器id左移位数
   timestampShift = sequenceBits + workeridBits      //时间戳左移位数
)

// A Snowflake struct holds the basic information needed for a snowflake generator worker
type Snowflake struct {
   sync.Mutex
   timestamp int64
   workerid  int64
   sequence  int64
}

// NewNode returns a new snowflake worker that can be used to generate snowflake IDs
func NewSnowflake(workerid int64) (*Snowflake, error) {

   if workerid < 0 || workerid > workeridMax {
       return nil, errors.New("workerid must be between 0 and 1023")
   }

   return &Snowflake{
       timestamp: 0,
       workerid:  workerid,
       sequence:  0,
   }, nil
}

// Generate creates and returns a unique snowflake ID
func (s *Snowflake) Generate() int64 {

   s.Lock()

   now := time.Now().UnixNano() / 1000000

   if s.timestamp == now {
       s.sequence = (s.sequence + 1) & sequenceMask

       if s.sequence == 0 {
           for now <= s.timestamp {
               now = time.Now().UnixNano() / 1000000
           }
       }
   } else {
       s.sequence = 0
   }

   s.timestamp = now

   r := int64((now-twepoch)<<timestampShift | (s.workerid << workeridShift) | (s.sequence))

   s.Unlock()
   return r
}

参考资料：https://github.com/twitter/snowflake

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