分布式全局不重复ID生成算法

在分布式系统中经常会使用到生成全局唯一不重复ID的情况。本篇主要介绍生成的一些方法。

常见的一些方式:

1、通过DB做全局自增操作
优点:简单、高效
缺点:大并发、分布式情况下性能比较低

有些同学可能会说分库、分表的策略去降低DB的瓶颈,单要做到全局不重复需要提前按照一定的区域进行划分。例如:1~10000、10001~20000 等等。但这个灵活度比较低。

针对一些并发比较低的情况也可以使用类似这种方式。但大并发时不建议使用,DB很容易成为瓶颈。

2、获取当前时间纳秒或毫秒数
这种方式需要考虑的是在分布式集群中如果保证唯一性。

3、类似UUID的生成方式
生成的串比较大


综合上述情况我们需要一种在高并发、分布式系统中提供高效生成不重复唯一的一个ID,但要求生成的结果要小
方法1:

方法1: 
private static long INFOID_FLAG = 1260000000000L; 
protected static int SERVER_ID = 1; 

public synchronized long nextId() throws Exception { 
    if(SERVER_ID <= 0) 
        throw new Exception("server id is error,please check config file!"); 
    long infoid = System.currentTimeMillis() - INFOID_FLAG; 
    infoid=(infoid<<7)| SERVER_ID; 
    Thread.sleep(1); 
    return infoid; 
} 

说明:
SERVER_ID为不同的服务器使用的不同server ID,如果不同的机器使用相同的server ID有可能会生成重复的全局ID

简单的应用在一定的并发情况下使用这种方式已经足够了,简单、高效。但是每秒生成的ID是有限的,因为Thread.sleep(1)会无形中带来一些时间的消耗。

方法2:

/**
 * 64位ID (42(毫秒)+5(机器ID)+5(业务编码)+12(重复累加)) 
 * @author Polim
 */ 
class IdWorker {
    private final static long twepoch = 1288834974657L;
    // 机器标识位数 
    private final static long workerIdBits = 5L;
    // 数据中心标识位数 
    private final static long datacenterIdBits = 5L;
    // 机器ID最大值 
    private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
    // 数据中心ID最大值 
    private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
    // 毫秒内自增位 
    private final static long sequenceBits = 12L;
    // 机器ID偏左移12位 
    private final static long workerIdShift = sequenceBits;
    // 数据中心ID左移17位 
    private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
    // 时间毫秒左移22位 
    private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;

    private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);

    private static long lastTimestamp = -1L;

    private long sequence = 0L;
    private final long workerId;
    private final long datacenterId;

    public IdWorker(long workerId, long datacenterId) {
        if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("worker Id can't be greater than %d or less than 0");
        }
        if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0");
        }
        this.workerId = workerId;
        this.datacenterId = datacenterId;
    }

    public synchronized long nextId() {
        long timestamp = timeGen();
        if (timestamp < lastTimestamp) {
            try {
                throw new Exception("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for "+ (lastTimestamp - timestamp) + " milliseconds");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if (lastTimestamp == timestamp) {
            // 当前毫秒内,则+1 
            sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
            if (sequence == 0) {
                // 当前毫秒内计数满了,则等待下一秒 
                timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
            }
        } else {
            sequence = 0;
        }
        lastTimestamp = timestamp;
        // ID偏移组合生成最终的ID,并返回ID 
        long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
                | (datacenterId << datacenterIdShift)
                | (workerId << workerIdShift) | sequence;

        return nextId;
    }

    private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) {
        long timestamp = this.timeGen();
        while (timestamp <= lastTimestamp) {
            timestamp = this.timeGen();
        }
        return timestamp;
    }

    private long timeGen() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
} 

这种方式是一种比较高效的方式。也是twitter使用的一种方式。
测试类:

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; 
import java.util.concurrent.CountDownLatch; 
import java.util.concurrent.CyclicBarrier; 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 

public class IdWorkerTest { 
    public static void main(String []args){ 
        IdWorkerTest test = new IdWorkerTest(); 
        test.test2(); 
    } 

    public void test2(){ 
        final IdWorker w = new IdWorker(1,2); 
        final CyclicBarrier cdl = new CyclicBarrier(100); 

        for(int i = 0; i < 100; i++){ 
            new Thread(new Runnable() { 
                @Override 
                public void run() { 
                try { 
                    cdl.await(); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } catch (BrokenBarrierException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
                System.out.println(w.nextId());} 
             }).start(); 
        } 
        try { 
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5); 
        } catch (InterruptedException e) { 
           e.printStackTrace(); 
        } 

    } 
}

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