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生成全局唯一ID的雪花算法原理

雪花算法是一種用于生成全局唯一ID的算法，最初由Twitter開發，用于解決分布式系統中生成ID的問題。其核心思想是將一個64位的長整型ID劃分成多個部分，每個部分用于表示不同的信息，確保了生成的ID在分布式環境下的唯一性。

ID結構

1. 符號位（1位）：始終為0，用于保證ID為正數。
2. 時間戳（41位）：表示生成ID的時間戳，精確到毫秒級。
3. 工作節點ID（10位）：表示生成ID的機器的唯一標識。
4. 序列號（12位）：表示在同一毫秒內生成的多個ID的序列號。

生成步驟

1. 獲取當前時間戳，精確到毫秒級。
2. 如果當前時間小于上次生成ID的時間，或者在同一毫秒內生成的ID數量超過最大值，等待下一毫秒再繼續生成。
3. 如果當前時間等于上次生成ID的時間，序列號自增1。
4. 如果當前時間大于上次生成ID的時間，序列號重新從0開始。
5. 將各個部分的值組合，得到最終的64位ID。

Go實現雪花算法的高并發ID生成器

package mAIn

import (
 "fmt"
 "sync"
 "time"
)

const (
 workerBits     = 10
 sequenceBits   = 12
 workerMax      = -1 ^ (-1 << workerBits)
 sequenceMask   = -1 ^ (-1 << sequenceBits)
 timeShift      = workerBits + sequenceBits
 workerShift    = sequenceBits
 epoch          = 1609459200000
)

type Snowflake struct {
 mu          sync.Mutex
 lastTime    int64
 workerID    int64
 sequence    int64
}

func NewSnowflake(workerID int64) *Snowflake {
 if workerID < 0 || workerID > workerMax {
  panic(fmt.Sprintf("worker ID must be between 0 and %d", workerMax))
 }
 return &Snowflake{
  lastTime: time.Now().UnixNano() / 1e6,
  workerID: workerID,
  sequence: 0,
 }
}

func (sf *Snowflake) NextID() int64 {
 sf.mu.Lock()
 defer sf.mu.Unlock()

 currentTime := time.Now().UnixNano() / 1e6

 if currentTime < sf.lastTime {
  panic(fmt.Sprintf("clock moved backwards, refusing to generate ID for %d milliseconds", sf.lastTime-currentTime))
 }

 if currentTime == sf.lastTime {
  sf.sequence = (sf.sequence + 1) & sequenceMask
  if sf.sequence == 0 {
   for currentTime <= sf.lastTime {
    currentTime = time.Now().UnixNano() / 1e6
   }
  }
 } else {
  sf.sequence = 0
 }

 sf.lastTime = currentTime

 id := (currentTime-epoch)<<timeShift | (sf.workerID << workerShift) | sf.sequence
 return id
}

func main() {
 sf := NewSnowflake(1) // 假設工作節點ID為1

 for i := 0; i < 10; i++ {
  id := sf.NextID()
  fmt.Println(id)
  time.Sleep(time.Millisecond)
 }
}

高并發下的唯一性和遞增性保障

在高并發場景下，保障雪花算法生成的ID唯一性和遞增性的關鍵在于：

1. 唯一性： 工作節點ID的設置保證了不同節點生成的ID不會沖突。序列號的自增和位運算保證了同一毫秒內生成的ID唯一。
2. 遞增性： 在同一毫秒內生成的多個ID按序列號的遞增順序排列。即使在極端情況下，同一毫秒內生成的ID數量超過了最大值，會等待下一毫秒重新開始，也保證了遞增性。

總體來說，雪花算法在高并發下是一個可靠的ID生成方案。它的高性能和低碰撞概率使得它在分布式系統中被廣泛應用。