cn.hutool.core.lang.Snowflake Maven / Gradle / Ivy
package cn.hutool.core.lang;
import cn.hutool.core.date.SystemClock;
import cn.hutool.core.lang.id.IdConstants;
import cn.hutool.core.util.RandomUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import java.io.Serializable;
import java.util.Date;
/**
* Twitter的Snowflake 算法
* 分布式系统中，有一些需要使用全局唯一ID的场景，有些时候我们希望能使用一种简单一些的ID，并且希望ID能够按照时间有序生成。
*
*
* snowflake的结构如下(每部分用-分开):
*
*
* 符号位（1bit）- 时间戳相对值（41bit）- 数据中心标志（5bit）- 机器标志（5bit）- 递增序号（12bit）
* 0 - 0000000000 0000000000 0000000000 0000000000 0 - 00000 - 00000 - 000000000000
*
*
* 第一位为未使用(符号位表示正数)，接下来的41位为毫秒级时间(41位的长度可以使用69年)
* 然后是5位datacenterId和5位workerId(10位的长度最多支持部署1024个节点）
* 最后12位是毫秒内的计数（12位的计数顺序号支持每个节点每毫秒产生4096个ID序号）
*
* 并且可以通过生成的id反推出生成时间,datacenterId和workerId
*
* 参考：http://www.cnblogs.com/relucent/p/4955340.html
* 关于长度是18还是19的问题见：https://blog.csdn.net/unifirst/article/details/80408050
*
* @author Looly
* @since 3.0.1
*/
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"})
public 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"})
public 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(IdConstants.DEFAULT_WORKER_ID);
}
/**
* 构造
*
* @param workerId 终端ID
*/
public Snowflake(long workerId) {
this(workerId, IdConstants.DEFAULT_DATACENTER_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 终端ID
* @param dataCenterId 数据中心ID
* @param isUseSystemClock 是否使用{@link SystemClock} 获取当前时间戳
*/
public Snowflake(long workerId, long dataCenterId, boolean isUseSystemClock) {
this(null, workerId, dataCenterId, isUseSystemClock);
}
/**
* @param epochDate 初始化时间起点（null表示默认起始日期）,后期修改会导致id重复,如果要修改连workerId dataCenterId，慎用
* @param workerId 工作机器节点id
* @param dataCenterId 数据中心id
* @param isUseSystemClock 是否使用{@link SystemClock} 获取当前时间戳
* @since 5.1.3
*/
public Snowflake(Date epochDate, long workerId, long dataCenterId, boolean isUseSystemClock) {
this(epochDate, workerId, dataCenterId, isUseSystemClock, DEFAULT_TIME_OFFSET);
}
/**
* @param epochDate 初始化时间起点（null表示默认起始日期）,后期修改会导致id重复,如果要修改连workerId dataCenterId，慎用
* @param workerId 工作机器节点id
* @param dataCenterId 数据中心id
* @param isUseSystemClock 是否使用{@link SystemClock} 获取当前时间戳
* @param timeOffset 允许时间回拨的毫秒数
* @since 5.8.0
*/
public Snowflake(Date epochDate, long workerId, long dataCenterId, boolean isUseSystemClock, long timeOffset) {
this(epochDate, workerId, dataCenterId, isUseSystemClock, timeOffset, 0);
}
/**
* @param epochDate 初始化时间起点（null表示默认起始日期）,后期修改会导致id重复,如果要修改连workerId dataCenterId，慎用
* @param workerId 工作机器节点id
* @param dataCenterId 数据中心id
* @param isUseSystemClock 是否使用{@link SystemClock} 获取当前时间戳
* @param timeOffset 允许时间回拨的毫秒数
* @param randomSequenceLimit 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，0表示无随机，上限不包括值本身。
* @since 5.8.0
*/
public Snowflake(Date epochDate, long workerId, long dataCenterId,
boolean isUseSystemClock, long timeOffset, long randomSequenceLimit) {
this.twepoch = (null != epochDate) ? epochDate.getTime() : DEFAULT_TWEPOCH;
this.workerId = Assert.checkBetween(workerId, 0, MAX_WORKER_ID);
this.dataCenterId = Assert.checkBetween(dataCenterId, 0, MAX_DATA_CENTER_ID);
this.useSystemClock = isUseSystemClock;
this.timeOffset = timeOffset;
this.randomSequenceLimit = Assert.checkBetween(randomSequenceLimit, 0, SEQUENCE_MASK);
}
/**
* 根据Snowflake的ID，获取机器id
*
* @param id snowflake算法生成的id
* @return 所属机器的id
*/
public long getWorkerId(long id) {
return id >> WORKER_ID_SHIFT & ~(-1L << WORKER_ID_BITS);
}
/**
* 根据Snowflake的ID，获取数据中心id
*
* @param id snowflake算法生成的id
* @return 所属数据中心
*/
public long getDataCenterId(long id) {
return id >> DATA_CENTER_ID_SHIFT & ~(-1L << DATA_CENTER_ID_BITS);
}
/**
* 根据Snowflake的ID，获取生成时间
*
* @param id snowflake算法生成的id
* @return 生成的时间
*/
public long getGenerateDateTime(long id) {
return (id >> TIMESTAMP_LEFT_SHIFT & ~(-1L << 41L)) + twepoch;
}
/**
* 根据传入时间戳-计算ID起终点
*
* @param timestampStart 开始时间戳
* @param timestampEnd 结束时间戳
* @return key-ID起点，Value-ID终点
* @since 5.8.23
*/
public Pair getIdScopeByTimestamp(long timestampStart, long timestampEnd) {
return getIdScopeByTimestamp(timestampStart, timestampEnd, true);
}
/**
* 根据传入时间戳-计算ID起终点 Gitee/issues/I60M14
*
* @param timestampStart 开始时间戳
* @param timestampEnd 结束时间戳
* @param ignoreCenterAndWorker 是否忽略数据中心和机器节点的占位，忽略后可获得分布式环境全局可信赖的起终点。
* @return key-ID起点，Value-ID终点
* @since 5.8.23
*/
public Pair getIdScopeByTimestamp(long timestampStart, long timestampEnd, boolean ignoreCenterAndWorker) {
long startTimeMinId = (timestampStart - twepoch) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT;
long endTimeMinId = (timestampEnd - twepoch) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT;
if (ignoreCenterAndWorker) {
long endId = endTimeMinId | ~(-1 << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT);
return Pair.of(startTimeMinId, endId);
} else {
long startId = startTimeMinId | (dataCenterId << DATA_CENTER_ID_SHIFT) | (workerId << WORKER_ID_SHIFT);
long endId = endTimeMinId | (dataCenterId << DATA_CENTER_ID_SHIFT) | (workerId << WORKER_ID_SHIFT) | SEQUENCE_MASK;
return Pair.of(startId, endId);
}
}
/**
* 下一个ID
*
* @return ID
*/
public synchronized long nextId() {
long timestamp = genTime();
if (timestamp < this.lastTimestamp) {
if (this.lastTimestamp - timestamp < timeOffset) {
// 容忍指定的回拨，避免NTP校时造成的异常
timestamp = lastTimestamp;
} else {
// 如果服务器时间有问题(时钟后退) 报错。
throw new IllegalStateException(StrUtil.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for {}ms", lastTimestamp - timestamp));
}
}
if (timestamp == this.lastTimestamp) {
final long sequence = (this.sequence + 1) & SEQUENCE_MASK;
if (sequence == 0) {
timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
}
this.sequence = sequence;
} else {
// issue#I51EJY
if (randomSequenceLimit > 1) {
sequence = RandomUtil.randomLong(randomSequenceLimit);
} else {
sequence = 0L;
}
}
lastTimestamp = timestamp;
return ((timestamp - twepoch) << TIMESTAMP_LEFT_SHIFT)
| (dataCenterId << DATA_CENTER_ID_SHIFT)
| (workerId << WORKER_ID_SHIFT)
| sequence;
}
/**
* 下一个ID（字符串形式）
*
* @return ID 字符串形式
*/
public String nextIdStr() {
return Long.toString(nextId());
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Private method start
/**
* 循环等待下一个时间
*
* @param lastTimestamp 上次记录的时间
* @return 下一个时间
*/
private long tilNextMillis(long lastTimestamp) {
long timestamp = genTime();
// 循环直到操作系统时间戳变化
while (timestamp == lastTimestamp) {
timestamp = genTime();
}
if (timestamp < lastTimestamp) {
// 如果发现新的时间戳比上次记录的时间戳数值小，说明操作系统时间发生了倒退，报错
throw new IllegalStateException(
StrUtil.format("Clock moved backwards. Refusing to generate id for {}ms", lastTimestamp - timestamp));
}
return timestamp;
}
/**
* 生成时间戳
*
* @return 时间戳
*/
private long genTime() {
return this.useSystemClock ? SystemClock.now() : System.currentTimeMillis();
}
// ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Private method end
}