基于SpringCloud分布式架构的后台管理系统学习记录（二）

雪花算法生成ID

gitee地址：https://gitee.com/Glish/cloud-base

参考博客：https://cloud.tencent.com/developer/article/1902087?from=article.detail.1624097

雪花算法生成ID

为了标识一段数据，通常我们会为其指定一个唯一id，比如数据库中的自增主键。

但是当数据量非常大时，仅靠数据库的自增主键是远远不够的。不仅是因为单表容量有限，数据库自增主键的性能也并不高。此外，某些数据库并不自带主键自增功能，需要业务代码来实现（比如Redis缓存）。

对于分布式场景，生成id时还必须考虑到全局唯一性，每台机器生成的id不能重复。而且有时我们对生成的id还有递增或连续的要求。

如果生成的id不要求递增或连续，对于简单的系统，可以直接采用随机UUID来作为id。

UUID是什么？
这串数字，其实就是一种UUID：00000000-0000-0000-0000-000000000000
UUID是通用唯一识别码（Universally Unique Identifier)的缩写，开放软件基金会(OSF)规范定义了包括网卡MAC地址、时间戳、名字空间（Namespace）、随机或伪随机数、时序等元素。利用这些元素来生成UUID，可以把它理解为一个随机的固定位数的字符串，一般为128位二进制组成，32位十六进制。

UUID有多种不同的生成策略，如Java中有四种策略。

四种不同的UUID的生成策略

randomly: 基于随机数生成UUID，由于Java中的随机数是伪随机数，其重复的概率是可以被计算出来的。
time-based:基于时间的UUID,这个一般是通过当前时间，随机数，和本地Mac地址来计算出来，自带的JDK包并没有这个算法的我们在一些UUIDUtil中，比如我们的log4j.core.util，会重新定义UUID的高位和低位。
DCE security:DCE安全的UUID。
name-based：基于名字的UUID，通过计算名字和名字空间的MD5来计算UUID。
通常，UUID的生成十分简单，使用JDK或工具包自带的方法即可。但是，使用UUID之前，要先了解他的优缺点。

UUID的优缺点？
优点

本地生成，无需网络通讯，性能较高
无序，不可预测，可以避免爬虫之类的攻击

缺点

32位通常用String类型存储，空间占用较多
不能生成递增有序的数字

综合上述优缺点，UUID的适用于不需要担心过多的空间占用，以及不需要生成有递增趋势的值的场景。在Log4j里面他在UuidPatternConverter中加入了UUID来标识每一条日志。

如果我们需要生成递增有序的id，UUID显然是不能满足的，可以选用雪花算法来实现。

什么是雪花算法SnowFlake？

SnowFlake算法是Twitter设计的一个可以在分布式系统中生成唯一的ID的算法，它可以满足Twitter每秒上万条消息ID分配的请求，这些消息ID是唯一的且有大致的递增顺序。

官方源码仓库：https://github.com/twitter-archive/snowflake

雪花算法实现原理？
SnowFlake算法产生的ID是一个64位的整型，结构如下：
在这里插入图片描述
1位标识部分：在java中由于long的最高位是符号位，正数是0，负数是1，一般生成的ID为正数，所以为0；

41位时间戳部分：这个是毫秒级的时间，一般实现上不会存储当前的时间戳，而是时间戳的差值（当前时间-固定的开始时间），这样可以使产生的ID从更小值开始；41位的时间戳可以使用69年，(1L << 41) / (1000L * 60 * 60 * 24 * 365) = 69年。

10位节点部分：Twitter实现中使用前5位作为数据中心标识，后5位作为机器标识，可以部署1024个节点。

12位序列号部分：支持同一毫秒内同一个节点可以生成4096个ID。

SnowFlake算法生成的ID大致上是按照时间递增的，用在分布式系统中时，需要注意数据中心标识和机器标识必须唯一，这样就能保证每个节点生成的ID都是唯一的。或许我们不一定都需要像上面那样使用5位作为数据中心标识，5位作为机器标识，可以根据我们业务的需要，灵活分配节点部分，如：若不需要数据中心，完全可以使用全部10位作为机器标识；若数据中心不多，也可以只使用3位作为数据中心，7位作为机器标识。

SnowFlake可以保证：

所有生成的ID按时间趋势递增。
整个分布式系统内不会产生重复id（因为有DataCenterId和Workerld来做区分)

实现代码

<dependency>
	<groupId>cn.hutool</groupId>
	<artifactId>hutool-captcha</artifactId>
	<version>4.6.8</version>
</dependency>

/**
 * 雪花算法生成ID
 */
@Component
public class IdGeneratorSnowflake {
    private final long workerId = 0;
    private final long datacenterId = 1;
    private final Snowflake snowflake = IdUtil.createSnowflake(workerId, datacenterId);

    /**
     * 返回雪花算法生成的Id
     * @return ID
     */
    public synchronized long snowflakeId(){
        return snowflake.nextId();
    }

    public synchronized long snowflakeId(long workerId, long datacenterId){
        Snowflake snowflake = IdUtil.createSnowflake(workerId, datacenterId);
        return snowflake.nextId();
    }

    public static void main(String[] args){
        IdGeneratorSnowflake idGenerator = new IdGeneratorSnowflake();
        System.out.println(idGenerator.snowflakeId());

        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 1; i <= 20; i++){
            threadPool.submit(() -> {
                System.out.println(idGenerator.snowflakeId());
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}