1. 概述

分布式系統(tǒng)中，有一些需要使用全局唯一ID的場景，這種時候?yàn)榱朔乐?code>ID沖突可以使用36位的UUID，但是UUID有一些缺點(diǎn)，首先他相對比較長，另外UUID一般是無序的。有些時候我們希望能使用一種簡單一些的ID，并且希望ID能夠按照時間有序生成。而Twitter的snowflake解決了這種需求，最初Twitter把存儲系統(tǒng)從MySQL遷移到Cassandra，因?yàn)?code>Cassandra沒有順序ID生成機(jī)制，所以開發(fā)了這樣一套全局唯一ID生成服務(wù)。

該項(xiàng)目地址為：https://github.com/twitter/snowflake 是用 Scala實(shí)現(xiàn)的

參考：

• C# 分布式自增ID算法snowflake（雪花算法） - 五維思考 - 博客園 (cnblogs.com)

• C#雪花Id_c# 雪花id-CSDN博客

2. 結(jié)構(gòu)

• 第1位：未使用
• 第2位：接下來的41位為毫秒級時間(41位的長度可以使用69年)，用毫秒級的時間戳來表示自1970年1月1日 00:00:00 GMT以來的時間。
• 第3-4位：用來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)中心 datacenterId 和 machineId，可根據(jù)實(shí)際情況分配，最多可容納1024個數(shù)據(jù)中心(2^10=10位的長度最多支持部署1024個節(jié)點(diǎn)），也可以設(shè)置成5位，最大節(jié)點(diǎn)是32個。
• 最后12位是毫秒內(nèi)的計(jì)數(shù)（12位的計(jì)數(shù)順序號支持每個節(jié)點(diǎn)每毫秒產(chǎn)生4096個ID序號）

一共加起來剛好64位，為一個Long型。(轉(zhuǎn)換成字符串長度為18)

snowflake生成的ID整體上按照時間自增排序，并且 整個分布式 系統(tǒng)內(nèi)不會產(chǎn)生ID碰撞（由datacenter和machineId作區(qū)分），并且效率較高。據(jù)說：snowflake每秒能夠產(chǎn)生26萬個ID。

注意：

• 在實(shí)際使用中，需要根據(jù)不同的分布式環(huán)境配置合適的數(shù)據(jù)中心ID和工作節(jié)點(diǎn)ID，以保證生成的雪花Id的唯一性和順序性。
• 其中 dataCenterId 和 workerId 分別是數(shù)據(jù)中心和工作節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識，該生成器依賴于數(shù)據(jù)中心ID和工作節(jié)點(diǎn)ID兩個參數(shù)進(jìn)行初始化。具體的生成過程是根據(jù)當(dāng)前時間戳、數(shù)據(jù)中心ID、工作節(jié)點(diǎn)ID和自增序列號，通過位運(yùn)算組合生成一個64位的唯一標(biāo)識。

3. 代碼

3.1 IdWorker.cs

using System;
/// <summary>
/// Twitter的分布式自增ID雪花算法
/// </summary>
public class IdWorker
{
    //起始的時間戳
    private static long START_STMP = 1480166465631L;

    //每一部分占用的位數(shù)
    private static int SEQUENCE_BIT = 12; //序列號占用的位數(shù)
    private static int MACHINE_BIT = 5;   //機(jī)器標(biāo)識占用的位數(shù)
    private static int DATACENTER_BIT = 5;//數(shù)據(jù)中心占用的位數(shù)

    //每一部分的最大值
    private static long MAX_DATACENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATACENTER_BIT);
    private static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
    private static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);

    //每一部分向左的位移
    private static int MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
    private static int DATACENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
    private static int TIMESTMP_LEFT = DATACENTER_LEFT + DATACENTER_BIT;

    private long datacenterId = 1;  //數(shù)據(jù)中心
    private long machineId = 1;     //機(jī)器標(biāo)識
    private long sequence = 0L; //序列號
    private long lastStmp = -1L;//上一次時間戳

    #region 單例:完全懶漢
    private static readonly Lazy<IdWorker> lazy = new Lazy<IdWorker>(() => new IdWorker());
    public static IdWorker Singleton { get { return lazy.Value; } }
    private IdWorker() { }
    #endregion

    public IdWorker(long cid, long mid)
    {
        if (cid > MAX_DATACENTER_NUM || cid < 0) throw new Exception($"中心Id應(yīng)在(0,{MAX_DATACENTER_NUM})之間");
        if (mid > MAX_MACHINE_NUM || mid < 0) throw new Exception($"機(jī)器Id應(yīng)在(0,{MAX_MACHINE_NUM})之間");
        datacenterId = cid;
        machineId = mid;
    }

    /// <summary>
    /// 產(chǎn)生下一個ID
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public long nextId()
    {
        long currStmp = getNewstmp();
        if (currStmp < lastStmp) throw new Exception("時鐘倒退，Id生成失敗！");

        if (currStmp == lastStmp)
        {
            //相同毫秒內(nèi)，序列號自增
            sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
            //同一毫秒的序列數(shù)已經(jīng)達(dá)到最大
            if (sequence == 0L) currStmp = getNextMill();
        }
        else
        {
            //不同毫秒內(nèi)，序列號置為0
            sequence = 0L;
        }

        lastStmp = currStmp;

        return (currStmp - START_STMP) << TIMESTMP_LEFT       //時間戳部分
                      | datacenterId << DATACENTER_LEFT       //數(shù)據(jù)中心部分
                      | machineId << MACHINE_LEFT             //機(jī)器標(biāo)識部分
                      | sequence;                             //序列號部分
    }

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

    private long getNewstmp()
    {
        return (long)(DateTime.UtcNow - new DateTime(1970, 1, 1, 0, 0, 0, DateTimeKind.Utc)).TotalMilliseconds;
    }
}

3.2 IdWorkerTest.cs (測試)

使用

IdWorker idworker = IdWorker.Singleton;
Console.WriteLine(idworker.nextId());

測試

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace Test.Simple
{
    public static class IdWorkerTest
    {
        public static void Test()
        {
            /***
             * 
             *  兩種測試方法，均為500并發(fā)，生成5000個Id：
             *  Machine1() 模擬1臺主機(jī)，單例模式獲取實(shí)例
             *  Machine5() 模擬5臺主機(jī)，創(chuàng)建5個實(shí)例
             */
            
            Machine1();

            Machine2();

            Machine5();
        }

        public static void Machine1()
        {

            int cid = 1;
            int mid = 15;
            Console.WriteLine("雪花ID -- IdWorkerTest -- 模擬1臺主機(jī)( 數(shù)據(jù)中心{0} - 機(jī)器節(jié)點(diǎn){1}）: ", cid, mid);
            IdWorker idworker = new IdWorker(cid, mid);
            Console.WriteLine(idworker.nextId());

            cid = 2;
            mid = 10;
            Console.WriteLine("雪花ID -- IdWorkerTest -- 模擬1臺主機(jī)( 數(shù)據(jù)中心{0} - 機(jī)器節(jié)點(diǎn){1}）: ", cid, mid);
            idworker = new IdWorker(cid, mid);
            Console.WriteLine(idworker.nextId());
        }

        public static void Machine2()
        {
            Console.WriteLine("雪花ID -- IdWorkerTest -- 模擬1臺主機(jī) : ");
            for (int j = 0; j < 500; j++)
            {
                Task.Run(() =>
                {
                    IdWorker idworker = IdWorker.Singleton;
                    for (int i = 0; i < 10; i++)
                    {
                        Console.WriteLine(idworker.nextId());
                    }
                });
            }
        }

        public static void Machine5()
        {
            Console.WriteLine("雪花ID -- IdWorkerTest -- 模擬5臺主機(jī) : ");
            List<IdWorker> workers = new List<IdWorker>();
            Random random = new Random();
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                workers.Add(new IdWorker(1, i + 1));
            }
            for (int j = 0; j < 500; j++)
            {
                Task.Run(() =>
                {
                    for (int i = 0; i < 10; i++)
                    {
                        int mid = random.Next(0, 5);
                        Console.WriteLine(workers[mid].nextId());
                    }
                });
            }
        }
    }
}

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